TUGAS AKHIR

PEMANFAATAN AIR PANAS SEBAGAI SUMBER ENERGI

LISTRIK MENGGUNAKAN THERMOELECTRIC

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Sumatera Utara

Disusun oleh:

WAHYUDI

1407220132

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATERA UTARA MEDAN

2019

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunianya yangtelah

menjadikan kita sebagai manusia yang beriman dan insya ALLAH berguna bagi

alam semesta. Shalawat berangkaikan salam kita panjatkan kepada junjungan kita

Nabi besar Muhammad.SAW yan mana beliau adalah suri tauladan bagi kita

semua yang telah membawa kita dari zaman kebodohan menuju zaman yang

penuh dengan ilmu pengetahuan.

Tulisan ini dibuat sebagai tugas akhir untuk memenuhi syarat

dalammeraih gelar kesarjanaan pada Fakultas Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah

“Pemanfaatan Air Panas Sebagai Sumber Energi Listrik Menggunakan

Thermoelectric”.

Selesainya penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan

danbimbingan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan rasa

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Allah SWT, karena atas berkah dan izin-Nya saya dapat menyelesaikan tugas

akhir dan studi di Fakultas Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

2. Ayahanda (SAIMAN) dan Ibunda (Alm.TUMISEH) tercinta, yang dengan cinta

kasih & sayang setulus jiwa mengasuh, mendidik, dan membimbing dengan

segenap ketulusan hati tanpa mengenal kata lelah sehingga penulis bisa seperti

saat ini.

3. Bapak Dr.Agussani, MAP. selaku Rektor Universitas Muhammadiyah

Sumatera Utara

iv

4. Bapak Munawar Alfansury S.T, M.T, selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.

5. Bapak Dr. Ade Faisal M.Sc, P.hd selaku Wakil Dekan I Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.

6. Bapak Khairul Umurani S.T, M.T selaku Wakil Dekan III Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.

7. Bapak Faisal Irsan Pasaribu S.T, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.

8. Bapak Partaonan Harahap, S.T, M.T. selaku Sekretaris Prodi Teknik Elektro

Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.

9. Bapak Partaonan Harahap ST, M.T. selaku Dosen Pembimbing I dikampus

yang telah memberi ide-ide dan masukkan dalam menyelesaikan penulisan

laporan tugas akhir ini.

10. Bapak Faisal Irsan Pasaribu, S.T, M.T selaku Dosen Pembimbing I dikampus

yang selalu sabar membimbing dan memberikan pengarahan penulis dalam

penelitian serta penulisan laporan tugas akhir ini.

11. Segenap Bapak & Ibu dosen di Fakultas Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Sumatera Utara

12. Segenap kepada teman seperjuangan Fakultas Teknik yang tidak bisa penulis

sebutkan satu per satu serta Keluarga Besar Teknik Elektro 2014yang selalu

memberikan semangat dan suasana kekeluargaan yang luar biasa. Salam

Kompak.

13. Serta semua pihak yang telah mendukung dan tidak dapat penulis sebutkan

satu per satu.

v

Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kata sempurna, hal ini

disebabkan keterbatasan kemampuan penulis, oleh karena itu penulis sangat

mengharapkan kritik & saran yang membangun dari segenap pihak. Akhir kata

penulis mengharapkan semoga tulisan ini dapat menambah dan memperkaya

lembar khazanah pengetahuan bagi para pembaca sekalian dan khususnya bagi

penulis sendiri. Sebelum dan sesudahnya penulis mengucapkan terima kasih.

Medan, 5 Oktober 2018

Penulis

WAHYUDI

1407220132

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………………………. i

SURAT PERNYATAAN TUGAS AKHIR……………………………………............... ii

KATA PENGHANTAR ……...……………………………………………………....... iii

DAFTAR ISI……………………………………………………………………..........… vi

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………… vii

ABSTRAK…………………………………………………………………………..…. viii

BAB 1 PENDAHULUAN………………...…………………………………………….. 1

1.1 Latar Belakang……………………………………………………………………….. 1

1.2 Rumusan Masalah……………………………………………………………………. 3

1.3 Tujuan Penelitian…………………………………………………………………..… 3

1.4 Batasan Masalah…………………………………………………………………....... 3

1.5 Manfaat Penelitian…………………………………………………………………… 4

1.6 Meteodologi Penelitian……………………………………………………………..... 4

1.7 Sistematika Penulisan………………………………………………………………... 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA…………...……………………………………………. 6

2.1 Tinjauan Relevan…………………………………………………………………….. 6

2.2 Konsep Thermoelectric…………………….……………………………………….. 16

2.3 Thermoelectric Cooler…………………………………………….……………........ 17

2.3.1 Thermoelectric Generator………………………..………………………...… 17

2.3.2 Kontruksi…………………………………………………………………. 20

2.3.3 Spesifikasi...…………………………………………………………... 21

2.4 Efek Seebeck, Peltier Dan Thomson………………………………………………... 22

2.4.1 Efek Seebeck……………………………………….……………………...… 22

2.4.2 Efek Peltier……………………………………………………………...... 24

2.4.3 Efek Thomson…...………………………………………………...….. 25

vii

2.5 Bahan Semikonduktor………………………………………………………………. 26

2.6 Heatsink Dan coldsink……………………………………………………………… 27

2.6.1 Heatsink…………………………………….……………………………....... 27

2.6.2 Coldsink………………………………………………………………...... 28

2.7 Panas……………………………………………………………………………....... 29

2.7.1 Perpindahan Panas secara Konduksi……………………………………........ 30

2.7.2 Perpindahan Panas Secara Konveksi……………………………………... 31

2.7.3 Perpindahan Panas Secara Radiasi…………………………...……….. 32

2.7.4 Kalor Jenis…………………………………………………..……... 32

2.8 Rangkaian Listrik………………………………………………….………………... 33

2.8.1 Rangkaian Seri………..……………………………………………………… 34

2.8.2 Rangkaian Pararel……………………………………………….………... 35

2.8.3 Tenaga Listrik…………………………………………...……………. 36

2.9 Boost Converter/DC to DC Converter………………………………………….…... 36

BAB 3 METEODOLOGI PENELITIAN……………………………………………. 38

3.1 Tempat Dan Pelaksanaan………………………………………………………….... 38

3.2 Bahan Dan Alat………………………………………………………………….….. 38

3.3 Metode Pembuatan Alat ………………………………………………………….… 39

3.4 Gambar Rangkaian………………………………………………………………….. 40

3.5 Metode Pengambilan Data………………………………………………………….. 40

3.6 Proses Uji Kinerja…………………………………………………………………... 42

3.7 Diagram Blok……………………………………………………………………….. 42

3.7.1 Cara kerja thermoelectric…………………………………………………………. 43

3.8 Diagram Alir………………………………………………………………………... 44

viii

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN……...………………………………………… 45

4.1 Hasil Pengujian……………………………………………………………………... 45

4.2 Pengujian Pada Siang Hari………………………………………………………..... 45

4.3 Pengujian Pada Malam Hari………………………………………………………... 45

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN…………...………………………………….... 55

5.1 Kesimpulan……………..…………………………………………………………... 55

5.2 Saran…………………………………………………………………………….….. 56

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pergerakan Elektron Dari Bahan Tipe-p Ke Tipe –n…………….... 17

Gambar 2.2 Skema Elemen Peltier…………………………………………...… 19

Gambar 2.3 Penampang Thermoelectric……………………………………….. 20

Gambar 2.4 Bentuk Thermoelectric yang ada dipasaran………………………. 21

Gambar 2.5 Arti Tulisan Pada Thermoelectric……………………………….… 21

Gambar 2.6 Skema efek seebek pada suatu bahan…………………………...… 23

Gambar 2.7 Skema efek peltier pada suatu bahan……….…………………....... 24

Gambar 2.8 Pita Konduksi dan Pita Valensi Pada electron………..………….... 25

Gambar 2.9 Heatsink………………………………………………..………….... 28

Gambar 2.10 Coldsink…………………………………………………………... 29

Gambar 2.11 Perpindahan Panas Secara Konduksi……………………..…….... 31

Gambar 2.12 Perpindahan Panas Secara Konveksi…………………………….. 31

Gambar 2.13 Perpindahan Panas Secara Radiasi………………………..……... 32

Gambar 2.14 Rangkaian Listrik……………………………………………….... 33

Gambar 2.15 Rangkaian Seri…………………………………………………… 34

Gambar 2.16 Rangkaian Paralel……………………………………………....... 35

Gambar 2.17 Modul Dc to DC Boost Converter……………………………...... 37

Gambar 3.1 Bahan Penelitian Sudah Pasang………………………………….... 38

Gambar 3.2 Alat Uji Saat Di Pasang……………………………………………. 40

Gambar 3.3 Skema rangkaian seri diparalel………………………………….… 40

Gambar 3.4 Skema Rangkaian Seri…………………………………………….. 41

Gambar 3.5 Diagram Blok…………………………………………………….... 42

Gambar 3.6 Diagram Alur……………………...………………………………. 44

x

Gambar 4.1 Grafik Tegangan Rata-rata Rangkaian Peltier Seri Dan Seri

Diparalel……………………………………………..….……… 47

Gambar 4.2 Grafik Arus Rata-rata Rangkaian Peltier Seri Dan Seri

Diparalel………………………………………………………... 49

Gambar 4.3 Grafik Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Siang

Hari……………………………………………………………... 51

Gambar 4.4 Grafik Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Diparalel Siang

Hari……………………………………………………………... 51

Gambar 4.5 Grafik Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Malam

Hari……………………………………………….……………... 52

Gambar 4.6 Grafik Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Diparalel Malam

Hari………………………………………………..…………….. 52

Gambar 4.7 Grafik Koefisien Tegangan Rata-rata…..…………...........................54

xi

ABSTRAK

Seiring dengan kemajuan jaman semakin banyak berkembang peningkatan

kebutuhan energi listrik membuat semakin di butuhkannya tambahan energi baru yang

ramah lingkungan dan dapat diperbarui. energi thermal merupakan salah satu sumber

energi yang dapat di temui, pemanfaatannya dapat melalui suatu alat yang dapat

mengesktrak panas menjadi energi listrik yaitu dengan thermoelectric cell Keterbatasan

sel termoelektrik. Untuk meningkatkan kinerja dari sel termoelectric baik kemampuan

konversi energi maupun rentang kerja sel tersebut. Peningkatan tesebut dapat dicapai

dengan Multi StageCell yaitu memanfaatkan tumpukan sel termoelektrik untuk dapat

menghasilkan keluaran tegangan dan arus yang lebih tinggi. Penggunaan sel terebut akan

dirangkai dalam beberapa beda temperatur dan susunan rangkaian seri maupun paralel

sehingga dapat diketahui dampak langsungnya melalui tegangan dan arus hasil keluaran

sel. Dari hasil penelitian diketahui bahwa tegangan, arus dan daya yang tertinggi

didapatkan pada rangkaian Seri yang diparalel, gabungan antara rangkaian seri dan

paralel menghasilkan daya listrik yang dihasilkan yaitu sebesar 1.369Watt saat malam

hari, 1.121Watt saat siang hari., dan rangkaian seri mengasilkan daya listrik yang di

hasilkan sebesar 0.820 Watt saat sing hari, 0.891Watt saat malam hari. Dan tegangan

tertinggi yang dihasilkan rangkaian seri 5.4V saat siang hari, 5.65V saat malam hari, pada

rangkainan seri yang dipararel gabungan antara rangkaian seri dan paralel sel 2.818V saat

siang dan 3.03V saat malam arus yang di keluar 0.152A saat di hubungkan seri, saat

rangkaian di hubungkan seri yang dipararel tergabung menghasilkan 0.398-0.452A.

semakin besar perbedaan suhu atau gradien (∆T) suhu pada kedua sisi elemen

thermoelectric, maka akan semakin besar energi yang dapat dihasilkan.

Kata Kunci : Air Panas,Thermoelectric Generator, Efek seebeck,TEG-12706

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Dengan semakin majunya perkembangan zaman membuat kebutuhan akan

energi listrik kian meningkat. Berbagai usaha dilakukan untuk mencari sumber

energi listrik baru, salah satunya dengan pembangkit energi listrik dengan

kapasitas mikro yang memamfaatkan energi panas. Pemamfaatan energi panas

sebagai pembangkit energi listrik dengan kapasitas mikro dapat dilakukan dengan

menggunakan elemen termoelektrik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

karakteristik serta unjuk kerja dari termoelektrik sebagai pembangkit energi

listrik. Penelitian ini menggunakan termoelektrik tipe TEC1-12706 dengan

aluminium sebagai penerima panas dan heatsink sebagai media pendingin. Variasi

penelitian meliputi antara lain rangkaian termoelektrik tanpa beban dan berbeban

yang dirangkai seri. Sumber panas yang dipilih yaitu sinar matahari, uap panas

dan api.salah satu alternatif untuk menangani masalah tersebut thermoelectric

adalah salah satu solusi dalam mengatasi masalah energi yang selalu bertambah

dari tahun ke tahun seiring dengan kemajuan teknologi. Di samping relatif lebih

ramah lingkungan, teknologi ini sangat efisien Teknologi thermoelectric bekerja

dengan mengkonversi energi panas menjadi energi listrik.

Seiring dengan kemajuan jaman semakain banyak berkembang

peningkatan kebutuhan energi listrik membuat semakin di butuhkannya tambahan

energi baru yang ramah lingkungan dan dapat diperbarui. energi thermal

merupakan salah satu sumber energi yang dapat di temui, pemanfaatannya dapat

melalui suatu alat yang dapat mengesktrak panas menjadi energi listrik yaitu

2

dengan Thermoelectric Cell Keterbatasan sel termoelektrik. Untuk meningkatkan

kinerja dari sel termoelektrik baik kemampuan konversi energi maupun rentang

kerja sel tersebut. yaitu memanfaatkan tumpukan sel termoelektrik untuk dapat

menghasilkan keluaran tegangan dan arus yang lebih tinggi. Penggunaan sel

terebut akan dirangkai dalam beberapa beda temperatur dan susunan rangkaian

seri maupun paralel sehingga dapat diketahui dampak langsungnya melalui

tegangan dan arus hasil keluaran sel. Dari hasil penelitian diketahui bahwa

tegangan, arus dan daya yang tertinggi didapatkan pada rangkaian paralel sel

termoelektrik kemudian gabungan antara rangkaian seri dan paralel sel, sel

tunggal, dan terakhir adalah rangkaian seri sel. Prinsip elektronika secara umum

dapat diterapkan pada sel termoelektrik ini

3

1.2 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan pemanfaatan panas pada air sebagai sumber energi listrik

menggunakan thermoelektric.

1. Bagaimana memanfaatkan energi panas pada air untuk dapat Dikonversikan

menjadi sumber energi listrik menggunakan thermoelectric

2. Bagaimana pengaruh suhu terhadap energi listrik yang di hasilkan

3. Mengukur nilai tegangan yang di hasilkan rangkaian pada thermoelectric yang

di hubungkan secara seri dan seri lalu di paralelkan.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

1. Untuk mengetahui memanfaatkan energi panas yang ada pada air untuk dapat

di konversikan menjadi sumber energi listrik menggunakan thermoelectric.

2 .Untuk mengetahui pengaruh perbedaan suhu terhadap energi listrik yang di

hasilkan pada output thermoelectric.

3. Untuk mengukur nilai tegangan yang dapat dihasilkan pada rangkaian, yang di

hubungkan pada thermoelectric.

1.4 BATASAN MASALAH

1. Penelitian ini menggunakan peltier jenis thermoelectric generator TEC-12706

Yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik.

2. Penelitian ini menggunakan pemanfaatan air panas yang di hasilkan dari proses

air yang di panaskan agar menaikan temperatur air

3. Penelitian ini menggunakan delapan buah elemen peltier untuk membangkit

tegangan listrik yang di hubungkan secara seri dan paralel.

4

1.5 MANFAAT PENELITIAN

1. Mendapatkan pengetahuan tentang pengetahuan energi alternatif yang ramah

lingkungan

2. Pemanfaatan air panas sebagai pembangkitan energi listrik yang ramah

lingkungan

1.6 METODE PENELITIAN

Dalam penulisan skripsi, menggunakan beberapa metode untuk

mengumpulkan data yang akan diperlukan untuk menyelesaikan skripsi ini.

1. Metode Studi Pustaka

Penulisan ini melakukan studi pustaka untuk memperoleh data data yang

berhubungan dengan skripsi dari sumber bacaan seperti, jurnal, proseding dan

website yang berkaitan dengan judul sebagai refrensi.

2. Metode Experimen

Yaitu membuat alat dan bahan secara langsung dan menguji apakah alat

dan bekerja sesuai keinginan.

3. Metode Pengujian Sistem

Yaitu melakukan pengujian alat dan bahan bertujuan untuk mengetahui

kinerja alat yang di buat sesuia dengan yang diinginkan.

5

1.7 SITEMATIKA PENULISAN

Skripsi ini tersusun atas beberapa bab pembahasan secara garis besar

tentang Thermoelectric generator, suhu, konversi energi

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi latar belakang permasalahan, batasan masalah,

tujuan pembahasan, metodologi pemabahasan, sistematika

penulisan dan relevansi dari penulisan tugas akhir ini.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menguraikan teori tentang thermoelectric

generator dan komponen pendukung lainnya.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini akan menerangkan tentang lokasi penelitian,

diagram alir/flowchart serta jadwal kegiatan dan hal-hal

lain yang berhubungan dengan proses perancangan.

BAB IV : ANALISA DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini menguraikan tentang hasil pengujian,

pembahasan hasil pengujian dan menganalisa hasil dari

alat yang sedang dirancang.

BAB V : PENUTUP

Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari

hasil penelitian tentang pemanfaatan panas pada air sebagai

sumber energi listrik menggunakan thermoelectric.

6

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka Relevan

Pembangkit listrik pikotermal matahari (PLTPM) merupakan konsep awal

yang masih dalam tahap kajian. Pengujian dan perhitungan tegangan dan arus

listrik dilakukan terhadap termoelektrik tunggal, sel termoelektrik terhubung seri

dan sel termoeletrik terhubung paralel akibat kenaikan suhu pada sel-sel tersebut.

Hasil memperlihatkan bahwa kenaikan suhu sebesar 71oC menghasilkan tegangan

keluaran 1 volt dan arus 0.1 Amper. Sesuai dengan kaedah hubungan seri dan

paralel, hubungan seri mampu melipat gandakan tegangan keluaran dan hubungan

paralel melipatkan gandakan arus keluaran untuk tambahan setiap satu keping sel

termoelektrik.[1]

Dengan semakin majunya perkembangan zaman membuat kebutuhan akan

energi listrik kian meningkat. Berbagai usaha dilakukan untuk mencari sumber

energi listrik baru, salah satunya dengan pembangkit energi listrik dengan

kapasitas mikro yang memamfaatkan energi panas. Pemamfaatan energi panas

sebagai pembangkit energi listrik dengan kapasitas mikro dapat dilakukan dengan

menggunakan elemen termoelektrik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

karakteristik serta unjuk kerja dari termoelektrik sebagai pembangkit energi

listrik. Penelitian ini menggunakan termoelektrik tipe TEC1-12706 dengan

aluminium sebagai penerima panas dan heatsink sebagai media pendingin. Variasi

penelitian meliputi antara lain rangkaian termoelektrik tanpa beban dan berbeban

yang dirangkai seri. Sumber panas yang dipilih yaitu sinar matahari dan api. Hasil

penelitian menunjukkan panas dari matahari dan api dapat menjadi sumber energi

listrik dengan kapasitas mikro yang cukup potensial. 4 buah modul termoelektrik

7

yang dirangkai secara seri menghasilkan tegangan sebesar 1.4 V ketika plat

aluminium menyerap sinar matahari dengan beda temperatur antara sisi panas dan

sisi dingin sebesar 31 K. Pada pengujian 4 buah modul termoelektrik yang

dirangkai seri dengan beban 10 ohm, didapat efisiensi maksimal dari pembangkit

yaitu 0.314% pada menit ke 60 sejak pemaparan sinar matahari dengan ∆T

sebesar 30 K. Pada pengujian dengan beban panas api, didapat efisiensi maksimal

dari pembangkit yaitu 1% pada menit ke 6 sejak pemanasan dengan ∆T sebesar

63.5 K. Dari hasil ini dapat disimpulkan, termoelektrik dapat menghasilkan listrik

dengan memamfaatkan energi panas.[2]

Indonesia menyimpan potensi energi terbarukan yakni geotermal berupa

sumber air panas. Salah satu daerah yang berpotensi dalam pemanfaatan air panas

untuk dijadikan pembangkit listrik berada di Blawan Bondowoso. Dalam

penelitian ini, TEC dialih fungsikan sebagai pembangkit listrik tenaga panas /

TEG (thermoelectric generator) yang menggunakan efek Seebeck. Digunakan 9

buah TEC berdimensi 4x4cm yang dirangkai secara seri, dengan bahan berupa

Bi2Te3 (Bismuth telluride) sebagai alat bantu pengambilan data. Sumber air panas

di Blawan memiliki temperatur pada kisaran 45-49,5 °C. Pengambilan data

potensi dilakukan selama 3 hari yakni 21- 23 Agustus 2015. Pukul 9:00–15:00

WIB, dengan pencatatan keluaran data potensi setiap selang 30 menit. Tercatat

VTEG tertinggi dimiliki hari ke-2 sebesar 4,506 V pada pukul 9:00 WIB dan

VTEG terendah dimiliki hari ke-1 sebesar 2,001 V pada pukul 13:30 WIB. Variasi

besar arus tercatat pada angka 0,04 A dan 0,03 A, namun rata-rata stabil pada

0,03A. Daya tertinggi yang dicapai pada ketiga hari sebesar 0,48 Watt, dan daya

terendah dicapai pada hari pertama sebesar 0,07962 Watt.[3]

8

Jelantah merupakan limbah yang jumlahnya cukup melimpah tetapi

pemanfaatannya belum maksimal. Dengan teknologi termoelektrik, jelantah dapat

dimanfaatkan sebagai bahan bakar penghasil energi listrik. Penelitian ini bertujuan

untuk menguji efisiensi prototipe generator termoelektrik berbahan bakar minyak

jelantah. Generator tersebut terdiri dari 2 sel termoelektrik, pipa pendingin,

penerima panas, tungku pembakaran dan tangki bahan bakar. Sumber panas atau

kalor dihasilkan dari pembakaran minyak jelantah secara langsung pada tungku

pembakaran. Pengujian dilakukan dengan mengukur keluaran tegangan yang

dihasilkan dengan memasangkan sebuah hambatan beban (dummy load) secara

paralel serta mengukur suhu pada sisi dingin dan sisi panas. Dari hasil percobaan

menunjukkan bahwa semakin besar selisih suhu (∆T) maka tegangan keluaran

(VRL), daya keluaran (Pout) dan efisiensi generator ( t ) meningkat. Pout dan

efisiensi generator maksimum terukur pada h pemasangan RL = 11 ohm pada ∆T

= 78,1 0C yaitu 0,86 watt dan 1,96%. Dengan menganalisa karakteristik keluaran

daya generator pada pemasangan RL=11 ohm keluaran daya didekati dengan

suatu permodelan yang dibagi dalam dua bagian. Bagian I pada ∆T 2,5 0C sampai

18,3 0C menunjukkan Rin = 15,58 ohm dan [S1]2= 0,33 volt2/K2 dengan err =

17% terhadap hasil percobaan. Sedangkan bagian II pada ∆T 18,4 0C sampai 78,1

0C diperoleh [S2]2= 0,06 volt2/K2 dan C = 0,458 dengan err = 2,2%.[4]

Thermoelectric Generator (TEG) digunakan untuk menghasilkan energi

listrik, dengan adanya perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin dari

modul termoelektrik . Prinsip ini dikenal dengan nama efek seebeck yang

merupakan fenomena kebalikan dari efek peltier (Thermoelectric Cooling).

Penelitian ini menggunakan dua buah tipe modul termoelektrik, tipe TEC 12706

9

dan TEG SP 1848. Dengan variasi tegangan input 60 V sebagai sumber energi sisi

panas (heater). Sisi dingin modul termoelektrik menggunakan air bertemperatur

10º dengan laju aliran 16,6 liter/menit. Dari pengujian daya yang dihasilkan

modul termoelektrik tipe TEG SP 1848 lebih besar dibandingkan tipe TEC 12706.

Daya maksimum yang dihasilkan termoelektrik tipe TEC 12706 pada pengujian

1,2,3 dan 4 buah modul termoelektrik adalah sebesar 0,007 W, 0018 W, 0,061 W,

dan 0,105 W. Sedangkan dengan menggunakan modul TEG SP 1848 daya

maksimum yang dihasilkan pada pengujian yang sama adalah sebesar 0,125 W,

0,141 W, 0,274 W dan 0,357 W. Selisih daya maksimum yang dihasilkan antara

modul TEC 12706 dan modul TEG SP 1848 adalah berkisar 0,2 W.[5]

Pembangkit energi listrik elemen TEG (Thermoelectric generator) Tipe

10W-4V-40s bekerja berdasarkan efek Seebeck dengan memanfaatkan perbedaan

suhu dikedua sisi elemen. Sisi panas (Th) dari sebuah elemen TEG diletakan pada

dudukan yang terbuat dari bahan Alumunium-Dural dan diberi sumber panas yang

berasal dari pemanas buatan (heater), pada sisi dingin (Tc) elemen TEG dipasang

heatsink guna mengurangi energi panas yang menembus sisi dingin serta menjaga

suhunya agar tetap rendah. Pengukuran daya output (PL) dilakukan dengan variasi

RL dari 0 Ω sampai 20 Ω pada kondisi perbedaan suhu (ΔT) bervariasi dengan Tc

konstan pada suhu 30ºC, hasil dari penelitian menunjukan bahwa daya output

(PL) elemen termoelektrik bernilai maksimum pada saat RL=1Ω atau pada saat

beban minimum kemudian turun sebanding dengan bertambahnya hambatan RL.

Nilai hambatan internal (Rint) dari elemen TEG meningkat sebanding dengan

besarnya ΔT dikedua sisi elemen, pada Tc dan Th berada pada suhu ruang (30ºC)

diperoleh nilai Rint sebesar 0.85 Ω dan bernilai maksimum pada ΔT=50ºC yaitu

10

sebesar 1.043 Ω. Hal ini menandakan bahwa elemen TEG tidak hanya bergantung

pada ΔT di kedua sisi modul saja, akan tetapi juga sangat bergantung kepada

besarnya range suhu yang digunakan.[6]

Termoelektrik adalah suatu perangkat yang dapat mengubah energi kalor

(perbedaan temperatur) menjadi energi listrik. Pembangkit daya termoelektrik

(Thermoelectric Generator / TEG) digunakan untuk menghasilkan energi listrik.

Ketika perbedaan temperatur terjadi antara dua material semi konduktor yang

berbeda, maka elemen termoelektrik ini akan mengalirkan arus sehingga

menghasilkan perbedaan tegangan. Prinsip ini dikenal dengan nama „efek

Seebeck‟ yang merupakan fenomena kebalikan dari efek peltier TEC

(Thermoelectric Cooling). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi

energi listrik yang bersumber dari elemen termoelektrik sebanyak empat buah

dengan tipe TEC 12706 dan tipe TEG SP 1848. Sumber panas disimulasikan

dengan menggunakan heater tegangan 60 volt, sedangkan sisi pendinginan

menggunakan fan kecepatan 3,5 m/s. Hasil pengujian menunjukkan bahwa

Thermoelectric tipe TEG SP 1848 menghasilkan daya maksimum 0,055 W, arus

0,279 A, sedangkan tipe TEC 12706 menghasilkan daya maksimum 0,109 W arus

0,147 A, dengan perbedaan temperatur rata-rata 14,87 ºC. Kinerja elemen

termoelektrik TEG tipe SP 1848 lebih besar potensi listrik yang dihasilkan

dibandingkan TEC 12706.[7]

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui daya listrik dari elemen Peltier.

Energi listrik merupakan kebutuhan primer bagi manusia, namun penggunaan

yang berlebihan akan menyebabkan kelangkaan energi listrik, sehingga diperlukan

upaya untuk mencari energi alternatif yang terbarukan. Salah satunya dengan

11

memanfaatkan panas buangan menggunakan elemen Peltier yang akan dirubah

menjadi energi listrik dan diaplikasikan menjadi pembangkit daya termoelektrik.

Pembangkit daya termoelektrik TEG (Thermoelectric Generator) dapat

menghasilkan energi listrik ketika ada perbedaan suhu yang terjadi antara dua

material semi konduktor yang berbeda prinsip ini dikenal dengan nama “efek

Seebeck” yang merupakan kebalikan dari efek Peltier TEC (Termoelectric

Cooling), dimana variasi tegangan travo toroid pada pemanas sebagai simulasi

dari panas terbuang pada kendaraan yakni sebesar 10 volt mulai dari 30 volt

hingga 80 volt selama 40 menit. Hasil pengujian menunjukan tegangan

bergantung pada perbedaan suhu antara sisi panas dan dingin. Dimana tegangan

yang dihasilkan berbanding lurus dengan perbedaan suhu elements peltier, begitu

juga dengan arus dan daya yang dihasilkan. Penelitian tentang TEG ini memiliki

prospek yang cerah untuk masa depan sebagai sumber energi listrik.[8]

Meningkatnya populasi manusia di dunia yang menyebabkan permintaan

kebutuhan akan energi akan terus meningkat, dan dengan semakin menipisnya

sumber energi fosil, dibutuhkan alternatif energi yang baru dengan meningkatkan

efisiensi sumber energi yang ada. Termoelemen merupakan salah satu sumber

energi alternatif yang baru, termoelektrik generator merupakan modul yang dapat

merubah energi panas menjadi energi listrik yang menggunakan efek seebeck dan

efek peltier sebagai dasar dari prinsip kerjanya. Fokus pada penelitian ini adalah

menggunakan modul termoelektrik dengan melakukan simulasi memanaskan

aluminium yang ditempelkan pada sisi panas dari modul termoelektrik. Dengan

melakukan variasi temperatur antara 66,6 0C sampai dengan 103,9 0C didapatkan

tegangan keluaran dari 4 buah modul termoelektrik generator TEG SP1848 27145

12

SA yang dirangkai secara seri sebesar 8,4 volt maksimal, dengan ΔT maksimal

sebesar 55,7 0C yang menghasilkan daya sebesar 3,484 watt.[9]

Penelitian ini dilatarbelakangi banyaknya industri pengolahan logam bekas

di Indonesia yang belum memanfaatkan energi panas buang secara maksimal,

sedangkan pada saat ini kebutuhan energi semakin meningkat. Energi panas yang

terbuang dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan cara pengonversian,

dimana pengonversian menggunakan TEG (Thermoelectric Generator) yang

berfungsi mengubah panas menjadi listrik dengan memanfaatkan beda temperatur.

Tujuan dari penelitian ini adalah Untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur

terhadap output tengangan TEG pada tungku peleburan logam bekas dengan

rangkaian seri. Untuk mengetahui pengaruh jumlah elemen peltier terhadap output

tengangan TEG pada tungku peleburan logam bekas dengan rangkaian seri.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah rancangan faktorial ??6

dengan replikasi 3 kali uji coba dan menggunakan analisis data anova 2 arah

karena jumlah faktor lebih dari satu yaitu variasi temperatur dinding tungku dan

jumlah elemen peltier. Hasil dari penelitian ini adalah kenaikan temperatur

dinding berpengaruh terhadap output tegangan TEG dan jumlah elemen peltier

juga mempengaruhi hasil output tegangan TEG. Penggunaan 3 keping elemen

peltier yang di rangkai seri secara elektris dengan temperatur 320 ˚C

menghasilkan output tegangan terkecil sebesar 1.4700 Volt , dan temperatur 400

˚C menghasilkan output tegangan terbesar sebesar 2.4400 Volt. Sedangkan 6

keping elemen peltier yang di rangkai seri secara elektris dengan temperatur 320

˚C menghasilkan output tegangan terkecil sebesar 2.9233 Volt, dan temperatur

400 ˚C menghasilkan output tegangan tertinggi sebesar 5.0167 Volt.[10]

13

Kurangnya pemanfaatan modul termoelektrik sebagai pembangkit listrik di

masyarakatsering diakibatkan energi yang dihasilkan cenderung tidak stabil.

Sehingga diperlukan sebuah rangkaian penstabil tegangan yang dapat menaik dan

menurunkan tegangan menjadi tegangan tertentu. Tujuan proyek ini adalah

merancang sebuah rangkaian penstabil tegangan DC skala pico berbasis boost

converter. Pengujian dilakukan dengan 3 tahap, yaitu pengujian rangkaian

penstabil menggunakan sumber adaptor yang mempunyai tegangan masukan 3-9

V, pengujian kinerja pembangkit termoelektrik pada beberapa ∆T tertentu dan

pengujian rangkaian penstabil menggunakan sumber termoelektrik dengan ∆T

yang sama dengan pengujian sebelumnya. Hasil pengujian pertama, saat diberikan

tegangan masukan 3 hingga 9 V maka menghasilkan tegangan keluaran 5,07

hingga 5,08 V sehingga memiliki persentase ketepatan 98,55% terhadap tegangan

5 V yang diharapkan. Pada pengujian kedua, yaitu saat ∆T bernilai 30, 50 dan 70

°C menghasilkan tegangan keluaran 2,5, 3,04 dan 3,39 V. Sementara pada

pengujian ketiga dengan ∆T yang sama menghasilkan tegangan keluaran 5,08

hingga 5,09 V. Namun, saat ∆T bernilai 12 °C mengeluarkan tegangan 0,8 hingga

0,9 V baik pada pengujian kedua maupun ketiga, hal ini disebabkan tidak

memenuhi tegangan kerja sistem penstabil yaitu 2 hingga 24 V. Hubungan antara

∆T terhadap Tegangan Keluaran (V), Arus (I) dan Daya (P) yang dihasilkan

memiliki nilai R positif 0,76 hingga 1, yang berarti adanya hubungan berbanding

lurus. Sehingga, semakin besar nilai ∆T maka akan berdampak pula pada semakin

besarnya nilai V, I dan P yang dapat menjadi indikator kualitas pembangkit

termoelektrik yang sedang diuji.[11]

14

Energi fosil semakin menipis akibat banyaknya kebutuhan yang

menggunakan energi, terutama di sektor industri dan otomotif yang merupakan

sektor pengguna energi terbanyak sekaligus sektor penghasil panas buang

tertinggi. Hal tersebut menyebabkan banyaknya pengembangan sumber energi

alternatif, terutama di bidang pemanfaatan energi panas. Penelitian ini

memanfaatkan energi panas buang knalpot sepeda motor menjadi energi listrik

dengan menggunakan Thermo Electric Generator (TEG). Dengan menggunakan

prinsip thermocouple yaitu adanya perbedaan suhu dari sisi panas dan sisi dingin

TEG, maka tegangan dapat dihasilkan. Pengujian dilakukan dengan tiga titik uji

yaitu di kepala, badan dan mulut knalpot. Tegangan output maksimum yang

dihasilkan di kepala knalpot lebih besar dibanding di badan dan mulut knalpot. Ini

disebabkan karena perubahan suhu di kepala knalpot lebih besar dibanding posisi

lain. Di kepala knalpot, tegangan output maksimum yang dihasilkan 1 modul, 2

modul dan 3 modul TEG berturut-turut adalah 1,26 V, 2,27 V dan 3,43 V.[12]

Handphone sebagai penunjang bisnis ojek on line tidak bisa kehabisan

daya, sehingga dibutuhkan suatu pembangkit listrik yang bisa mengisi baterai

tanpa harus berhenti terlebih dahulu. Metode yang dilakukan adalah merancang

prototype pembangkit listrik tenaga panas pada knalpot yang merubah energi

panas pada knalpot sepeda motor menjadi energi listrik. Apakah tegangan

keluaran dari peltier bisa mencapai 2-3 volt. Mana yang lebih stabil antara

menggunakan 1 peltier atau 2 peltier. Metode yang dilakukan adalah mengukur

tegangan output pada 1 peltier dan tegangan keluaran 2 peltier yang dirangkai seri.

Pengujian dilakukan pada perancangan pembangkit listrik tenaga panas saat

knalpot motor yang dinyalakan selama 60 menit dengan mengukur tegangan

15

output peltier dan modul chnager. Tegangan yang dihasilkan pada peltier saat

menggunakan 1 peltier dan pada saat tegangan keluaran 2 peltier dirangkai seri >

2 volt yaitu 2.05 Volt dan 2.46 Volt. Tegangan keluaran pada 2 peltier yang

dirangkai seri > 1 peltier tetapi pada modul charger tegangan yang dihasilkan

lebih stabil pada saat menggunakan 1 peltier dari pada 2 peltier.[13]

Perkembangan teknologi untuk menghemat bahan bakar menjadi isu yang

menarik dalam penelitian. Energy listrik masih menjadi kebutuhan primer pada

system internal combustion engine. Ditinjau secara micro dalam penggunaan

elektrikal diterapkan pada system pengapian mesin yang bersumber pada battery

mobil. sistem elektrikal pada mobil bersumber pada alternator. Cara kerja

alternator menggunakan pulley kopel putaran mesin alternator tersebut juga

berdampak membebani putaran mesin. System elektrikal yang mampu menghemat

bahan bakar mesin tersebut dapat kita temukan pada modul thermoelectric.

terobosan baru sistem sumber energy listrik tersebut menggunakan modul Thermo

Electric (TEC) proses konversi energi dengan memanfaatkan seaback effect .

Thermo Electric (TEC) ketika dialiri panas pada salah satu sisinya maka akan

terjadi proses perpindaan electron di dalam modulnya kemudian terciptalah aliran

listrik. Besarnya energy listrik bergantung pada kecepatan pending sisi lawan

permukaannya. Proses penurunan temperature dapat dibantu dengan

menggunakan alat penukar kalor berupa heat exchanger sirip dan fin. semakin

lama proses pendinginan, maka semakin optimal besaran nominal arus yang

dihasilkan. Dari data Hasil pengujian dapat diketahui perangkat pembangkit

energi tersebut mampu bekerja dengan rate orde satuan milivolt. Selanjuttya

energy listrik tersebut dapat dimanfaatkan sebagai system penerangan kendaraan.

16

Di era yang semakin maju ini, banyak sekali lampu LED yang hemat energy

diaplikasikan pada mobil citycar yang hemat bahan bakar.[14]

Pada masa sekarang ini teknologi automatisasi berbasis internet

IoT(Internet of Things) adalah salah satu teknologi yang popular dan terus

berkembang, khususnya di dalam penerapan peralatan rumah tangga di rumah

automatisasi sangat dibutuhkan sehingga pengguna tidak lagi perlu repot untuk

menghidupkan dan mematikan sebuah alat elektronik yang ada. Dalam penelitian

ini penulistelah mengembangkan kompor listrik digital dengan elemenpemanas

peltier berbasis microcontroller wemos yang yang mampu dikendalikan dengan

menggunakan smartphone android dengan melalui media internet. Kompor listrik

ini dapat dikendalikan dengan mudah hanya dengan menekan tombol untuk

menghidupkan/mematikan kompor listrik pada smartphone. Pengujian alat ini

mampu untuk membaca suhu kamar yang ada dari 30 0

Celcius sampai dengan 50

o celcius dalam waktu 10 menit. Sistem ini memiliki kelemahan yaitu sangat

bergantung terhadap internet disebabkan kontrol On/Off melalui aplikasi pada

smartphone.[15]

2.2 Konsep Thermoelectric

Modul termoelektrik merupakan sebuah susunan material thermoelectric

yang dapat mengkonversi energi panas yang melewati modul tersebut menjadi

energi listrik, Modul thermoelectric yaitu alat yang mengubah energi panas

dari gradien temperatur menjadi energi listrik atau sebaliknya dari energi listrik

menjadi gradien temperatur. Banyak pembahasan biasanya berkisar figure–of–

merit atau ZT dari bahan thermoelectric dan dampak terhadap efisiensi perubahan

17

panas ke listrik pada aplikasi thermoelectric generator atau thermoelectric

cooling.

2.3 Themoelectric Cooler

Perangkat thermoelectric cooling didasarkan pada efek Peltier. Jika arus

listrik melewati rangkaian dari dua konduktor yang tidak sama, di situ akan terjadi

kenaikan atau penurunan temperatur di persambungan bergantung dari arah aliran

arus listrik. Ditemukan oleh Jean Peltier pada tahun 1834 dan kemudian diperluas

oleh Emil Lenz pada tahun 1838. Lenz menunjukkan bahwa air dapat membeku

ketika diletakkan pada persambungan bismuth–antimony dengan melewatkan arus

listrik melalui persambungan tersebut. Dia juga mengamati bahwa jika arus listrik

dibalik, es dapat meleleh. Lenz menyimpulkan bahwa arah dari aliran arus listrik

menentukan apakah panas diserap atau dihasilkan pada persambungan Ketika

masukan listrik diterapkan pada termokopel, elektron bergerak dari bahan tipe–p

ke bahan tipe–n menyerap energi panas pada sambungan dingin. Elektron–

elektron membuang kelebihan energi pada sambungan panas karena elektron

mengalir dari tipe–n kembali ke bahan tipe–p melalui konektor listrik. Membuang

panas dari sisi panas akan menurunkan temperatur pada sisi dingin dengan cepat,

besarnya penurunan bergantung dari arus lisrik yang diberikan.

Gambar 2.1 Pergerakan Elektron Dari Bahan Tipe-p Ke Tipe –n

18

2.3.1 Thermoelectric Generator

Thermoelectric generator di awali dari teori fisikawan Jerman bernama

Thomas Johann Seebeck pada tahun 1826, bahwa dua buah bahan semikonduktor

yang berbeda jenis bila masing-masing permukaan memiliki beda (gradien)

temperatur maka akan menghasilkan tegangan. Thermoelectric generator

didasarkan pada efek Seebeck. Jika panas diterapkan pada rangkaian di

persambungan dari dua konduktor yang berbeda, arus listrik akan dihasilkan. Ini

adalah perangkat solid state dan tidak seperti dinamo yang mempunyai bagian

bergerak sehingga tidak menimbulkan suara saat bekerja. Efek ini ditemukan

pada tahun 1826. Thomas Johann Seebeck mengamati bahwa besarnya tegangan

yang dihasilkan sebanding dengan perbedaan temperatur dan bergantung

pada tipe bahan konduktor, tetapi tidak terpengaruh persebaran temperatur

sepanjang konduktor. Seebeck menguji berbagai bahan, termasuk semikonduktor

yang ditemukan secara alami yaitu ZnSb dan PbS. Koefisien seebeck (sering kali

diukur dalam ìV/K) didefinisikan sebagai tegangan buka rangkaian yang

dihasilkan antara dua titik pada konduktor ketika perbedaan temperatur seragam

sebesar 1 K diterapkan antara dua titik tersebut. Thermoelectric generator paling

sederhana terdiri dari termokopel yang terdiri dari tipe–n (bahan dengan

kelebihan elektron) dan tipe–p (bahan dengan kekurangan elektron) elemen yang

terhubung listrik secara seri dan panas secara paralel.

Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradient temperature

Elemen peltier merupakan sebuah perangkat yang awalnya menggunakan

implementasi prinsip peltier, dimana bila arus listrik dialirkan pada

sambungan dua jenis logam maka akan menghasilkan perpindahan kalor.

19

Thermoelectric generator diawali dari teori fisikawan jerman bernama Thomas

Johann Seebeck pada tahun 1826, bahwa dua buah bahan semikonduktor yang

berbeda jenis bila masing-masing permukaan memiliki beda (gradien) temperatur

maka akan menghasilkan tegangan.

S = V/ ΔT……………………………………………………………..(2.1)

Dimana

S = adalah koefisien Seebeck (V/°C),

V = tegangan yang dihasilkan output peltier (Volt)

ΔT = adalah beda temperatur sisi heat sink panas dan heat sink dingin

(Kelvin/°C).

Gambar 2.2 Skema Elemen Peltier

Pada gambar 2.2, terlihat elemen peltier terdiri dari kaki-kaki dengan dua

jenis material semikonduktor yaitu tipe-n dan tipe-p. Elektron pada ujung sisi

kaki yang dipanaskan memiliki energi kalor yang lebih tinggi bila

dibandingka dengan ujung kaki yang dingin. Elektron yang dengan energi

kalor yang lebih besar akan menyebar sampai ujung kaki-kaki yang lebih

dingin. Pada tahap ini kenetralan atom tetap terjaga sehingga distribusi

elektron membentuk muatan negatif pada ujung yang dingin (kelebihan muatan

20

elektron) dan muatan positif pada ujung yang panas (kekosongan elektron pada

atom) sehingga terbentuk tegangan listrik.

2.3.2 Kontruksi

Thermoelectric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda,

satu tipe N dan yang lainnya tipe P (mereka harus berbeda karena mereka harus

memiliki kerapatan elektron yang berbeda dalam rangka untuk bekerja). Kedua

semikonduktor diposisikan paralel secara termal dan ujungnya digabungkan

dengan lempeng pendingin biasanya lempeng tembaga atau aluminium.

Gambar 2.3 Penampang Thermoelectric

Ujung penghantar dari dua bahan yang berbeda dihubungkan ke sumber

tegangan, dengan demikian arus listrik akan mengalir melalui dua buah

semikonduktor yang terhubung secara seri (lihat gambar diatas). Aliran arus

DC yang melewati dua semikonduktor tersebut menciptakan perbedaan suhu.

Sebagai akibat perbedaan suhu ini, Peltier pendingin menyebabkan panas

yang diserap dari sekitar pelat pendingin akan pindah ke plat lain (heat sink).

Dalam prakteknya banyak pasangan thermoelectric (pasangan) seperti dijelaskan

diatas, yang terhubung paralel dan diapit dua buah pelat keramik dalam sebuah

21

thermoelectric tunggal. Sedangkan besarnya perbedaan suhu panas dan dingin

adalah sebanding dengan arus dan jumlah pasangan semikonduktor di unit.

2.3.3 Spesifikasi

Banyak macam thermoelectric yang ada dipasaran, namun yang masuk

dan ada di Indonesia tidak begitu banyak. Salah satu model yang ada dipasaran

seperti gambar berikut :

Gambar 2.4 Bentuk Thermoelectric yang ada dipasaran

Gambar 2.5 Arti Tulisan Pada Thermoelectric

Untuk lebih jelasnya dalam memahami atau membaca spesifikasi dari

modul peltier dapat dilihat pada gambar. Modul peltier yang sering digunakan

secara umum memiliki ukuran dimensi yang sama yaitu sekitar 4cm x 4cm,

gambaran dari ukuran dimensi yang dimiliki modul peltier bisa dilihat

pada gambar. Banyak jenis atau macam modul peltier yang ada dipasaran, namun

yang masuk dan ada di Indonesia tidak begitu banyak.Setiap peralatan atau

komponen tentunya punya datasheet atau spesifikasi. Tak terkecuali

22

thermoelectric tersebut. Adapaun spesifikasinya seperti berikut :

• Dimentions : 40 x 40 x 3.9mm

• lmax - 7A

• Vmax - 15.4V

• Qcmax - 62.2W

• 1.7 Ohm resistance

• Max Operating Temp: 180°C

• Min Operating Temp: - 50°C

2.4 Efek Seebeck, Peltier dan Thompson

2.4.1 Efek Seebeck

Efek Seebeck adalah perubahan secara langsung dari perbedaan

temperatur ke listrik dan mengambil nama fisikawan Jerman–Estonia, Thomas

Johann Seebeck, yang pada tahun 1821 menemukan bahwa jarum kompas

akan dibelokkan oleh loop tertutup yang dibentuk oleh gabungan dua logam di

dua tempat, dengan perbedaan temperature antara persambungan. Ini

disebabkan respon logam berbeda – beda terhadap perbedaan temperatur,

menimbulkan loop arus dan medan magnet.

Seebeck tidak menyadari ada arus maka dia menyebut fenomena

tersebut dengan efek thermomagnetic. Fisikawan Denmark, Hans Christian

Orsted memperbaiki kesalahan dan menciptakan istilah thermoelectric. Tegangan

yang dihasilkan oleh efek ini dalam orde μV/K. Satu contoh gabungan antara

tembaga dan nikel, mempunyai koefisien Seebeck 41 μV/K pada temperatur

ruang.

23

Gambar 2.6 Skema efek seebek pada suatu bahan

Perbedaan tegangan (V), dihasilkan di seluruh persambungan dari

rangkaian terbuka yang dibuat dari sepasang logam berbeda, A dan B, yang dua

persambungan terjadi perbedaan temperatur, adalah berbanding lurus dengan

perbedaan temperatur antara persambungan panas dan dingin, Th – Tc. Tegangan

atau arus yang dihasilkan di seluruh persambungan dari dua logam yang berbeda

disebabkan oleh difusi elektron dari daerah dengan kepadatan elektron yang

tinggi ke daerah dengan kepadatan elektron rendah karena kepadatan elektron

berbeda pada logam yang berbeda. Karena itu arus mengalir dalam arah yang

berlawanan. Jika kedua persambungan dijaga pada temperatur yang sama, difusi

elektron pada kedua persambungan juga sama. Oleh karena arus pada kedua

persambungan adalah sama dan berlawanan arah sehingga jumlah arus adalah

nol, dan jika kedua persambungan dijaga pada temperatur yang berbeda

maka difusi pada kedua persambungan juga berbeda sehingga arus dihasilkan.

Oleh karena itu jumlah arus tidak nol. Hal ini dikenal sebagai fenomena

thermoelectric.

24

2.4.2 Efek peltier

Kebalikan dari dari efek Seebeck, yaitu jika dua logam yang berbeda

disambungkan kemudian arus listrik dialirakan pada sambungan tersebut, maka

akan terjadi fenomena pompa kalor. Prinsip inilah yang diugunakan termoelektrik

sebagai pendingin/pompa kalor, Termoeletrik terdiri dari dua buah bahan berbeda

yang disambubngkan. Material yang dipilih memiliki koefisien seebeck cukup

tinggi. Saat ini kebanyakan termolektrik menggunakan Bismuth-Telluride sebagai

bahan pembuatnya.

Perangkat modul termoelektrik yang dijual biasanya berbentuk plat tipis.

Salah satu termoeletrik yang dapat dengan mudah kita dapatkan berukuran 40 mm

x 40 mm dengan ketebalan 3 mm dan terdapat dua buah kabel (biasanya merah

dan hitam). Jika di antara kedua permukaan termoelektrik terapat perbedaan

temperatur maka tegangan listrik dihasilkan dan tegangan tersebut dapat kita ukur

melalui dua kabel termoeletrik dengan menggunakan voltmeter. Jika perbedaan

temperatur cukup besar, maka termoelektrik dapat menghidupkan sebuah lampu

LED kecil. Listrik yang dihasilkan pada thermoelectric generator adalah listrik

searah (DC).

Gambar 2.7 Skema efek peltier pada suatu bahan

25

2.4.3 Efek Thomson

Efek Thomson diperkirakan dan kemudian diamati oleh William

Thomson pada tahun 1851. Ini menjelaskan pemanasan atau pendinginan dari

konduktor pembawa arus dengan gradien temperatur. Pada semikonduktor, ketika

tidak diberikan energi (atau energinya kurang dari batas minimumnya) maka

elektron akan tersimpan pada pita valensinya dengan ikatan kovalaen yang cukup

besar. Ketika diberikan suatu energi, maka elektron tersebut akan tereksitasi

meninggalkan pitavalensi menuju pita konduksinya yangselanjutnya akan

menghasilkan arus.

Untuk kasus semikonduktor tipe-n, ketika elektrontereksitasi ke pita

konduksi, maka akan adahole dari hasil perpindahan elektron tersebut. Setelah

itu, hole tersebut akan diisi oleh elektron selanjutnya dan elektron yang pindah

ke hole satu, akan menghasilkan hole selanjutnya. Sehingga akan terlihat

pergerakan hole yang berlawanan pergerakandari elektron (arus).

Gambar 2.8 Pita Konduksi dan Pita Valensi Pada electron

26

2.5 Bahan Semikonduktor

Bahan semikonduktor sendiri merupakan elemen dasar dari komponen

elektronika, seperti transistor, IC serta diode. Semikonduktor merupakan bahan

dengan konduktivitas listrik yang berada diantara isolator dan konduktor,

semikonduktor sangatlah penting dalam dunia elektronika, disebabkan

konduktivitasnya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain

(biasa disebut dengan dopping). Semikonduktor sangat luas pemakainnya,

terutama sejak ditemukannya transistor pada akhir tahun 1940-an. Oleh karena

itu semikonduktor dipelajari secara intensif dalam fisika zat padat. Namun dalam

penelitian ini hanya akan membahas bahan semikonduktor Thermoelectric

(Peltier) saja.

Semikonduktor adalah bahan pilihan untuk thermoelectric yang umum

dipakai. Bahan semikonduktor thermoelectric yang paling sering digunakan

saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3) yang telah diolah untuk menghasilkan

blok atau elemen yang memiliki karakteristik individu berbeda yaitu N dan P.

Bahan thermoelectric lainnya termasuk Timbal Telluride (PbTe), Silicon

Germanium (SiGe) dan Bismuth-Antimony (SbBi) adalah paduan bahan yang

dapat digunakan dalam situasi tertentu. Namun, Bismuth Telluride adalah bahan

terbaik dalam hal pendinginan. Energi panas bisa dimanfaatkan sehingga bisa

lebih berguna dengan mengkonversi atau mengubahnya menjadi energy listrik

yang tentunya menngunakan pengubah atau pengkonversi yang dapat merubah

dari energy panas Energi panas bisa dimanfaatkan sehingga bisa lebih berguna

dengan mengkonversi atau mengubahnya menjadi energy listrik yang tentunya

menngunakan pengubah atau pengkonversi yang dapat merubah dari energi

27

panas menjadi energi listrik yang dinamakan generator. Modul peltier

bias dimanfaatkan sebagai generator panas dengan mengaplikasikan prinsip efek

Seebeck.

Berdasarkan dari prinsip-prinsip diatas dalam upaya penciptaan energi

terbarukan yang ramah lingkungan maka perlu diadakannnya penelitian

untuk mengetahui efektifitas dari modul peltier yang mana memanfaatkan kedua

prinsip diatas, yaitu efek Seeback dan efek peltier, yang kedua prinsip tersebut

bisa ditemukan pada bahan semikonduktor thermoelectric peltier.

2.6 Heatsink dan Coldsink

2.6.1 Heatsink

Heatsink ini merupakan logam dengan design yang khusus terbuat dari

alumuniun dan juga tembaga yang berfungsi untuk memperluas proses transfer

panas dari sebuah prosesor. Komponen- komponen cpu yang biasanya dipakai

untuk menyerap panas ini biasanya terbuat dari bahan aluminium yang biasanya

banyak dipadukan dengan pemakaian fan pada heatsink untuk lebih

mengoptimalkan penyerapan panas yaitu dengan mengalirkan panas dari heatsink

ke luar cpu, proses ini akan menyebabkan meningkatnya performa kerja

komputer. Heatsink digunakan untuk membantu meningkatkan pelepasan kalor

pada sisi dingin sehingga meningkatkan efisiensi dari modul tersebut. Potensi

pembangkitan daya dari modul thermoelectric tunggal akan berbeda beda

bergantung pada ukuran, konstruksi dan perbedaan temperaturnya.

Perbedaan temperatur yang makin besar antara sisi panas dan sisi dingin

modul heatsink digunakan untuk menyalurkan/menghantarkan panas ke

permukaan sisi peltier, sehingga panas yang diperoleh menjadi maksimal dan juga

28

merata, dan juga heatsink harus memiliki permukaan yang rata dan halus, sebab

jika permukaan tidak rata maka suhu yang disalurkan tidak akan maksimal dan

akan berpengaruh pada daya yang dihasilkan nantinya. Untuk mendapatkan hasil

yang lebih baik lagi, biasanya heatsink dilapisi oleh pasta thermal, ini dilakukan

agar suhu yang dikirimkan menjadi lebih maksimal dan efisien. Heatsink

bisa kita dapatkan di toko-toko elektronik, biasanya dijual di toko onlinedengan

harga yang bervariasi, tergantung dari ukuran dan juga kualitas heatsink

tersebut.

Gambar 2.9 Heatsink

2.6.2 Coldsink

Coldsink merupakan benda yang digunakan untuk mengurangi suhu panas

pada satu peralatan elektronik, umumnya ini digunakan pada IC, CPU dan juga

peltier. Coldsink ini fungsinya hampir sama dengan heatsink, yaitu sama-sama

menyerap suhu, bedanya adalah jika heatsink digunakan untuk menyalurkan.

Panas ke peltier, namun coldsink digunakan untuk menurunkan atau

bahkan menghilangkan suhu panas pada peltier. Hal ini dilakukan agar perbedaan

suhu yang terjadi pada peltier tetap terjaga, agar energi listrik yang dihasilkan

menjadi lebih optimal dan peltier tidak overheat, karena jika peltier terlalu panas

29

akan menyebabkan kerusakan yang fatal, sehingga peltier tidak dapat digunakan

kembali. Dalam penggunaannya, coldsink terkadang diberi tambahan berupa fan

untuk memaksimalkan kinerja dari coldsink itu sendiri. Pada penggunaannya di

penelitian ini coldsink juga diberikan pasta termal, tetap berbeda dengan dengan

heatsink, disini coldsink menggunakan pasta termal yang mampu mengurangi

suhu panas dari peltier.

Gambar 2.10 Coldsink

2.7 Panas

Panas merupakan suatu bentuk energi. Panas memiliki kaitan erat dengan

getaran atau gerakan molekul. Molekul adalah bagian atau partikel dari suatu

benda. Apabila benda dipanaskan molekul akan bergerak cepat sedangkan apabila

didinginkan molekul akan bergerak lemah. Perpindahan panas terjadi karena

perbedaan suhu yang terdapat pada suatu benda.Jika panas diambil dari suatu

benda maka temperatur benda itu akan turun. Makin banyak panas yang diambil

temperatur benda menjadi makin rendah, tetapi setelah mencapai -273 oC maka

panas itu tidak dapat lagi dikeluarkan dengan perkataan lain temperatur tersebut

adalah yang terendah yang tidak dapat dicapai dengan cara apapun. Karena itu

30

maka temperatur -273 oC dikatakan sebagai nol absolute dan didalam dunia ilmu

dikenal sebagai 0oK.

Perpindahan panas terjadi oleh karena adanya perbedaan temperatur,

dimana panas mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur

lebih rendah. Perpindahan panas terjadi dengan tiga cara yaitu: konduksi,

konveksi dan radiasi. Konduksi dapat didefinisikan sebagai perpindahan panas

yang terjadi melalui medium yang diam, misalnya perpindahan panas di dalam

benda padat. Sedang konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara suatu

permukaan dengan fluida yang bergerak karena adanya gradien temperatur yang

disebabkan perbedaan rapat massa.

2.7.1 Perpindahan Panas Secara Konduksi

Perpindahan panas konduksi, dimana proses perpindahan panas terjadi

antara benda atau partikel-partikel yang berkontak langsung melekat satu dengan

yang lainnya, tidak ada pergerakan relatif diantara benda-benda tersebut.

Misalnya panas yang berpindah di dalam sebuah batang logam akibat pemanasan

salah satu ujungnya seperti terlihat pada gambar, ujung A menjadi naik

temperaturnya walaupun yang dipanasi ujungnya adalah ujung B. Gambar

menunjukkan prinsip dari laju perpindahan panas konduksi pada dinding pelat.

Gambar 2.11 Perpindahan Panas Secara Konduksi

31

Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke

daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan

hukum Fourier.

2.7.2 Perpindahan Panas Secara Konveksi

Perpindahan panas konveksi, dimana perpindahan panas terjadi di antara

permukaan sebuah benda padat dengan fluida (cairan atau gas) yang mengalir

menyentuh permukaan tadi. Misalnya dinding pipa logam yang menjadi panas

atau dingin akibat fluida panas atau dingin yang mengalir di dalamnya. Apabila

aliran udara disebabkan oleh sebuah blower, kita menyebutnya sebagai konveksi

paksa, dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis, maka disebut konveksi

alamiah.

Gambar 2.12 Perpindahan Panas Secara Konveksi

2.7.3 Perpindahan panas secara Radiasi

Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi di

antara dua permukaan yang terjadi tanpa adanya media perantara. Misalnya

perpindahan panas antara matahari dengan mobil berwarna hitam yang diparkir di

tempat yang terik. Udara bukanlah perantara dalam perpindahan panas ini karena

temperatur udara di sekitar mobil tersebut lebih rendah daripada temperatur mobil

tersebut.

32

Gambar 2.13 Perpindahan Panas Secara Radiasi

2.7.4 Kalor Jenis

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh

1gram zat untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Kalor jenis juga diartikan sebagai

kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor. Masing-masing

benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda. Satuan kalor jenis J/Kg⁰C.

2.8 Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik adalah sebuah jalur atau rangkaian sehingga elektron

dapat mengalir dari sumber voltase atau arus listrik. Proses perpindahan elektron

inilah yang kita kenal sebagai listrik. Elektron dapat mengalir pada material

penghantar arus listrik yakni konduktor. Oleh karena itu kabel dipakai pada

rangkaian listrik karena kabel terbuat dari tembaga yang dapat menghantarkan

arus listrik. Tempat dimana elektron masuk ke dalam rangkaian listrik dinamakan

dengan sumber listrik.

Pada gambar dibawah, lampu merupakan beban listrik dan sumber listrik

berasal dari baterai; listrik mengalir melalui kabel dan sakelar berfungsi untuk

memutus atau menyambungkan aliran listrik. Untuk menggambar rangkaian

listrik, kita harus menyederhanakan gambar seperti pada contoh dibawah dari

gambar A menjadi gambar B.

33

Gambar 2.14 Rangkaian Listrik

Benda apapun dapat menjadi beban listrik, oleh karena itu simbol

universal untuk beban listrik adalah hambatan (resistor). Terdapat dua tipe

rangkaian yaitu: rangkaian seri dan rangkaian paralel. Rangkaian seri dan paralel

dapat dikombinasikan sehingga menjadi rangkaian kombinasi atau gabungan.

2.8.1 Rangkaian Seri

Pada dasarnya, Baterai dapat dirangkai secara Seri maupun Paralel. Tetapi

hasil Output dari kedua Rangkaian tersebut akan berbeda. Rangkaian Seri Baterai

akan meningkatkan Tegangan (Voltage) Output Baterai sedangkan Current/Arus

Listriknya (Ampere) akan tetap sama. Hal ini Berbeda dengan Rangkaian Paralel

Baterai yang akan meningkatkan Current/Arus Listrik (Ampere) tetapi Tegangan

(Voltage) Outputnya akan tetap sama.

Gambar 2.15 Rangkaian Seri

VT = V1 + V2 +...+Vn .........................................................................(2.3)

34

Dari gambar 2.15 dapat kita lihat bahwa, 4 buah baterai masing-

masingmenghasilkan Current atau kapasitas arus listrik (Ampere) yang sama

seperti Arus Listrik pada 1 buah baterai, tetapi Tegangannya yang dihasilkan

menjadi 4 kali lipat dari Tegangan 1 buah baterai. Yang dimaksud dengan

Tegangan dalam Elektronika adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik

dalam Rangkaian Listrik yang dinyatakan dengan satuan volt. Seperti yang

digambarkan pada rangkaian seri baterai diatas, 4 buah Baterai yang masing-

masing bertegangan 1,5Volt dan 1.000 miliampere per jam (mAh) akan

menghasilkan 6 Volt Tegangan tetapi kapasitas arus Listriknya (Current) akan

tetap yaitu 1.000 miliampere per jam (mAh)

2.8.2 Rangkaian Paralel

Berbeda dengan rangkaian seri yang disusun secara sejajar atau berurutan,

pada rangkaian parallel ini rangkaian tidak disusun secara sejajar. Dengan kata

lain pada input setiap komponen semuanya berasal dari sumber yang sama. Salah

satu contoh dari rangkaian parallel ini yaitu lampu lalu lintas.

Gambar 2.16 Rangkaian Paralel

Seperti yang terlihat pada gambar 2.16, tegangan yang dihasilkan dari

rangkaian paralel adalah sama yaitu 1,5 Volt tetapi current atau kapasitas arus

35

listrik yang dihasilkan adalah 4.000 mAH (miliampere per Jam) yaitu total dari

semua kapasitas arus listrik pada Baterai.

Itotal = I1+I2+...+In .........................................................................................(2.4)

2.8.3 Tenaga Listrik

Tenaga listrik atau daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi

listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt yang menyatakan

banyaknya tenaga listrik yang mengalir per satuan waktu. Arus listrik yang

mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik menimbulkan kerja.

Rumus umum yang digunakan untuk menghitung Daya Listrik dalam

sebuah Rangkaian Listrik adalah sebagai berikut:

P = V x I ..........................................................................................................(2.5)

Dengan kata lain, 1 W adalah didefinisikan sebagai daya listrik yang

diburuhkan bila tegangan 1 V dihubungkan ke lampu dan arus 1 A mengalir

melalui lampu tersebut.

2.9 Boost Converter/DC to DC Converter

Boost Converter adalah sebuah teknik Power supply switching Step-Up

yang merupakan konverter daya dari DC ke DC dengan tegangan output lebih

besar dari tegangan input. Ini merupakan teknik switched-mode power supply

(SMPS) yang mengandung setidaknya dua semikonduktor switching (dioda dan

transistor) dan setidaknya satu elemen penyimpanan energy seperti kapasitor,

induktor, atau kombinasinya. Filter biasanya terbuat dari kapasitor (namun

kadang-kadang berada dalam kombinasi dengan induktor juga) biasanya

ditambahkan untuk output converter sehingga dapat mengurangi riak tegangan

output.

36

Gambar 2.17 Modul Dc to DC Boost Converter

Pada peltier alat ini berfungsi untuk menaikkan tegangan menjadi 5 volt. Saat

peltier mengahasilkan energi listik, maka alat akan secara otomatis

menaikkan tegangannya menjadi 5 volt, namun tegangan yg di input minimal

harus mencapai 0,6 volt ataupun 2 volt, tergantung dari jenis booster yang

digunakan. Alat ini juga memiliki batasan maksimal arus yang bisa diterima, yaitu

600 mAH untuk booster yang minimal tegangannya 0,6 volt, dan tegangan 2

volt. Setelah nilai tegangan dinaikkan menjadi 5 volt, nantinya akan digunakan

untuk menghidupkan lampu led ataupun yang lainnya, dan semakin besar daya

besar arus yang dihasilkan, semakin besar arus yang dihasilkan maka akan

semakin terang lampu menyala.

37

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Dan Waktu Pelaksanaan

Waktu dan tempat pelaksanaan pembuatan alat pemanfaatan panas air

pada thermoelectric sebagai sumber energy listrik sebagai berikut:

1. Tempat pembuatan : Jl. Baut pasar 11 medan marelan, Kota medan

2. Tempat pengambilan data : Jl. Baut pasar 11 medan marelan, Kota medan

3. Waktu pelaksanaan : 3 Juli- 5 agustus 2019

3.2 Bahan dan alat

Dalam pembuatan alat pemanfaatan panas air pada thermoelectric sebagai

sumber energy listrik adalah sebagai berikut:

a). Bahan

1. Delapan buah thermoelectric TEG-12706

2. Heatsink ukuran 9.5cm x 10cm 2 buah

3. Coldsink ukuran 9.5cm x 14cm 2 buah

4. Terminal kabel

5. Delapan baut , delapan mur dan ring

7. Lem dextone

Gambar 3.1 Bahan Penelitian Sudah Pasang

38

b). alat

1. Tang

2. Obeng

3. Multimeter Digital

4. Thermometer

5. Boost converter

6. Lampu Led 5vdc

3.3 Metode pembuatan alat

Untuk membuat pembangkit energi listrik menggunakan thermoelectric

alat dan bahan sudah di jelaskan di awal bab ini .kemudian alat dan bahan tersebut

di rangkai dengan cara seperti berikut:

1. Membuat lubang pada sisi kanan dan kiri heatsink untuk memasukanbaut dan

kemudian heatsink di pasangkan pada wadah yang sudah di lubang kan

kemudian heatsink di lem agar menyatu tunggu hingga kering.

2. Memberikan pasta pada heatsink agar berguna untuk menempelkan ke

thermoelectric.

3. Memasang thermoelectric pada permukaan heatsink yang mana sudah di beri

pasta agar menempel dengan baik.

4. Memasang coldsink mengunci agar menjadi satu dengan heatsink dan

thermoelectric menjadi satu modul.

5. Menyambung kabel pada thermoelectric dan memasang terminal agar menjadi

sambungan pada kabel.

6. Setelah cara 1 sampai ke 6 selesai makan modul termolectric siap di Pasangkan

atau di satukan dengan heatsink yang sudah di lem ke wadah air.

39

TEG-

12706

7. Heatsink yang di pasang pada wadah sehinggga modul thermoelectric menjadi

satu dengan heatsink dan coldsin dan siap di uji coba.

Gambar 3.2 Alat Uji Saat Di Pasang

3.4 Gambar rangkaian

- + - + - + - +

- - - + - + - +

- +

+ -

Gambar 3.3 Skema rangkaian gabungan seri diparalel

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

Volt

LED

40

+ - + - + - + -

- + - + - + - +

+ -

Gambar 3.4 Skema Rangkaian Seri

3.5 Proses pengambilan data

Berikut ini adalah langkah-langkah dalam pengambilan data:

1. Memasang alat modul rakitan peltier pada wadah air atau heatsink yang sudah

di satukan atau di lem pada bodi seperti pada gambar 3.2

2. Mengukur temperature pada heatsink untuk mengetahui nilai suhunya dan lalu

mencatatnya

3. Mengukur temperature pada coldsink untuk mengetahui nilai suhunya dan lalu

mencatatnya

4. Mengukur output tegangan dan arus yang keluar dengan multimeter digital

5. Mencatat nilai output maksimal yang terbaca di pada multimeter dengan variasi

suhu yang berbeda yaitu 40°C ,50°C,60°C,70°C,80°C .

6. Setelah selesai putuskan rangkaian dan sambungan pada beban

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

TEG-

12706

Volt

LED

41

3.6 Proses Uji Kinerja

Dalam penelitian ini pengujian di bagi dalam beberapa bagian metode dan

juga waktu berbeda, ada beberapa metode yang harus di perhatikan saat

melakukan pengujian alat, hal ini dilakukan mengetahui metode mana yang

paling baik untuk mendapat kan hasil yang paling optimal dalam menghasilkan

energy listrik.

1. Pengujian dilakukan dengan variasi rangkain yaitu rangkaian seri dan seri

diparalelkan

2. Pengujian dilakukan saat siang hari dan malam

3. Pengujian di lakukan dengan variasi temperatur suhu 50°C, 60°C, 70°C,

80°C, pada sisi heatsink dan suhu coldsink yang bertemperatur lingkungan

3.7 Diagram blok

Gambar 3.5 Diagram Blok

Pada saat suhu air di naikan atau dipanaskan maka akan menghasilkan

energy panas pada air, suhu panas pada lingkungan air kan mengirimkan panas ke

heatsink secara konduksi yang akan membuat heatsink mengalami perubahan

suhu / kenaikan suhu setelah heatsink menjadi panas, saat sisi peltier yang

Heatsink

sisi panas

Air

panas

Peltier

TEG

Coldsink sisi

dingin

Output ke

beban

Boost

converter

42

menempel pada heatsink akan mengalami perubahan suhu yaitu menjadi panas

saat sisi peltier mengalami perubahan temperature suhu maka akan menghasilkan

output tegangan maupun arus listrik, namun output yang di hasilkan tidak akan

maksimal karena hanya ada sedikit gradient suhu yang terjadi pada peltier, maka

untuk itu di pada sisi peltier lainnya memasang coldsink untuk mendinginkan sisi

pada peltier agar terjadi perbedaan temperature suhu pada kedua sisi peltier agar

gradient temperature yang di hasilkan menjadi besar, agar sisi peltier menjadi

dingin, sehingga output yang dihasilkan akan maksimal, sehingga boost converter

yang di pasang pada output peltier akan menaikan tegangan yang di gunakan

untuk pada beban baik lampu led, charger handphone.

3.7.1 Cara Kerja Thermoelectric

Saat thermoelectric mendapatkan suhu panas dan dingin maka bahan

semikonduktor yang ada di dalam thermoelectric akan menghasilkan electron

electron yang akan bergerak menuju penampang dan output pada thermoelectric,

hal ini terjadi dikarenakan dua bahan semi konduktor yang berbeda jenis bila

masing masing mendapatkan selisi perbedaan temperature suhu maka akan

menghasilkan tegangan, di karenakan adanya Efek seebeck merupakan fenomena

yang mengubah perbedaan temperatur menjadi energi listrik. Jika ada dua terjadi

perbedaan temperatur diantara kedua sambunga ini maka akan terjadi arus listrik

akan terjadi. setiap bahan memiliki koefisien seebeck yang berbeda-beda maka

semakin besar koefisien seebeck ini, maka beda potensial yang dihasilkan juga

semakin besar Karena perbedaan temperatur disini dapat diubah menjadi tegangan

listrik.

43

3.8 Diagram Alir

Gambar 3.6 Diagram Alur

Start

Studi Literatur

Perancangan Alat

Hasil Pengujian

Alat

Analisa data

Pengambilan Data

Ya

Selesai

Tidak

44

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil pengujian

Pengujian ini di lakukan menggunakan 8 buah elemen peltier yang

dirangkai secara seri dan seri pararel. dan menggukan heatsink ukuran 9.5cm x

10cm 2 buah, coldsink ukuran 9.5cm x 14cm 2 buah, Pengujian ini dilakukan

dalam 2 waktu, yaitu pengujian pada siang hari dan pada malam hari. Dimana

temperature coldsink yang digunakan 30°C dan waktu yang digunakan selama 10

detik.

4.2 Pengujian Pada Siang Hari

Tabel 4.1 Data output pada peltier rangkaian seri pada siang hari

N

o Jenis

Rangkaian Temperatur Air

Pada

Heatsink (Thot)

°C

Tegangan

(V) Arus

(ampere) Daya (watt) Coldsink

(Tcol)

°C

1 seri 40 1,10 0,065

0,071

30

2 seri 50 1,55 0.095

0,147

3 seri 60 2,10 0,120

0,252

4 seri 70 4.35 0,143

0,622

5 seri 80 5.4 0,152 0,820

Tabel 4.2 Data Output Pada Peltier rangkaian Seri Diparalel Siang Hari

N

o

Jenis

Rangkaian

Temperatur Air

Pada

Heatsink (Thot)

°C

Tegangan

(V)

Arus

(ampere)

Daya

(watt)

Coldsink

(Tcol)

°C

1 Seri

diparalel

40 0,820 0,095 0,077

30

2 Seri

diparalel

50 1,205 0,110 0,132

3 Seri

diparalel

60 1,355 0,225 0,304

4 Seri

diparerel

70 2,513 0,325 0,816

5 Seri

diparerel

80 2,818 0,398 1,121

45

4.3 Pengujian Pada Malam Hari

Tabel 4.3 Data Output Pada Peltier rangkaian Seri Pada Malam Hari

N

o

Jenis

Rangkaian

Temperatur Air

Pada

Heatsink (Thot)

oC

Tegangan

(V) Arus

(ampere) Daya

(Watt) Coldsink

(Tcool)

oC

1 Seri 40 1.85 0.059 0.109

30

2 Seri 50 2.22 0.090 0.199

3 Seri 60 2.64 0.125 0.328

4 Seri 70 4.95 0.145 0.717

5 Seri 80 5.64 0.152 0.891

Tabel 4.4 Data Output Pada Peltier rangkaian Seri Diparalel Malam Hari

N

o

Jenis

Rangkaian Temperatur Air

Pada

Heatsink (Thot)

oC

Tegangan

(V) Arus

(ampere) Daya

(Watt) Coldsink

(Tcool)

oC

1 Seri

diparalel

40 0,734 0,098 0,071

30

2 Seri

diparalel

50 1,26 0,175 0,220

3 Seri

dipararel

60 1,45 0,295 0,427

4 Seri

dipararel

70 2,65 0,355 0,940

5 Seri

dipararel

80 3,03 0,452 1,369

46

Pehitungan mencari tegangan rata-rata

V rata-rata=

V1= tegangan yang dihasilkan saat percobaan siang hari

V2= tegangan yang dihasilkan saat percobaan malam hari

Perhitungan tegangan rata-rata rangkaian seri pada output Thermoelectric

1.

= 1,475 V 4.

= 4,65 V

2.

= 1,885 V 5.

= 5,52 V

3.

= 2,365 V

Perhitungan tegangan rata-rata rangkaian seri diparalel pada output

Thermoelectric

1.

= 4.

= 2,581 V

2.

= V 5.

= 2.924 V

3.

= 1,402 V

47

Tabel 4.5 Pengukuran keluaran dari boost converter dari rangkaian seri siang hari

No Tegangan input boost converter

dari thermoelectric

Tegangan yang dihasilkan dari

output boost converter

1 1,10 V 4.97 V

2 1,55 V 4.97 V

3 2,10 V 4.97 V

4 4.35 V 4.97 V

5 5.4 V 4.97 V

Tabel 4.6 Pengukuran keluaran dari boost converter dari rangkaian seri di parallel

siang hari

No Tegangan input boost converter dari

thermoelectric

Tegangan yang dihasilkan dari

output boost converter

1 0,820V 4.97 V

2 1,205V 4.97 V

3 1,355V 4.97 V

4 2,513V 4.97 V

5 2,818V 4.97 V

Tabel 4.7 Pengukuran keluaran dari boost converter dari rangkaian seri malam

hari

No Tegangan input boost converter dari

thermoelectric

Tegangan yang dihasilkan dari

output boost converter

1 1.85V 4.97 V

2 2.22V 4.97 V

3 2.64V 4.97 V

4 4.95V 4.97 V

5 5.64V 4.97 V

Tabel 4.8 Pengukuran keluaran dari boost converter dari rangkaian seri di parallel

malam hari

No Tegangan input boost converter dari

thermoelectric

Tegangan yang dihasilkan dari

output boost converter

1 0,734 V 4.97 V

2 1,26 V 4.97 V

3 1,45 V 4.97 V

4 2,65 V 4.97 V

5 3,03 V 4.97 V

48

Gambar Grafik 4.1 Tegangan Rata-rata Rangkaian Peltier Seri Dan Seri Diparalel

Pada grafik 4.1 terlihat bahwa tegangan rangkaian seri lebih tinggi di

banding yang dengan yang lainnya, hal ini dikarenakan rangkaian seri membuat

tegangan menjadi meningkat dengan menyerikan 8 delapan buah peltier tetapi

pada rangkaian seri daya yang di keluarkan tidak sebesar rangkaian di seri lalu

paralel. Sedangkan tegangan rangkaian seri peltier yang di paralel tegangan yang

di hasil kan redah namun daya output lebih besar dari rangkian seri.

1.475

1.885

2.365

4.65

5.52

0.777

1.232 1.402

2.581 2.924

0

1

2

3

4

5

6

40 50 60 70 80

Tega

nga

n V

Temperatur °C

Tegangan output rata-ratadi hubungkan seri

Tegangan output rata-ratadihubungkan seri laludiparalel

49

Perhitungan mencari arus rata-rata

Irata-rata

I1= arus yang dihasilkan saat percobaan siang hari

I2= arus yang dihasilkan saat percobaan malam hari

Arus rata rata rangkaian seri

1.

= 0,062 A

2.

= 0,092 A

3.

= 0,122 A

4.

= 0,144 A

5.

= 0,155 A

Arus rata rata rangkaian seri lalu diparalel

1.

= 0,096 A

2.

= 0,142 A

3.

= 0,26 A

4.

= 0,34 A

5.

= 0,425 A

50

Gambar Grafik 4.2 Arus Rata-rata Rangkaian Peltier Seri Dan Seri Diparalel

Pada grafik 4.2 arus rata-rata rangakaian seri terlihat sangat rendah pada

rangkaian seri arus tidak walaupun sumber daya nya banyak, untuk arus rata-rata

rangkaian seri diparalel terlihat cukup tinggi, disebabkan rangkaian yang di

pararelkan semakin bertambah arus listriknya seiring banyaknya ditambah sumber

daya yang akan dihasilkan.

Daya listrik yang dihasilkan pada percobaan hubungan rangkaian seri siang hari

P = V x I

1. P = 1.10 x 0.06 3. P = 2.10 x 0.120 5. P =6.05x 0.152

P = 0.071 Watt P = 0.252Watt P= 0.919 Watt

2. P = 1.55 x 0.095 4. P = 4.35 x 0.143

P = 0.147 Watt P =0.622 Watt

0.062 0.092

0.122 0.144 0.155

0.096

0.142

0.26

0.34

0.425

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

40 50 60 70 80

Aru

s (A

)

Temperatur °C

Arus saat rangkaian seri

Arus saat rangkaian seridipararel

51

Daya listrik yang dihasilkan pada percobaan hubungan rangkaian seri diparalel

siang hari: P = V x I

1. P = 0.820 x 0.095 3. P = 1.355 x0.225 5. P = 2.818 x 0.398

P = 0.077 Watt P = 0.304 Watt P = 1.121 Watt

2. P = 1.205 x 0.110 4. P = 2.513 x 0.325

P = 0.132Watt P = 0.816 Watt

Daya listrik yang dihasilkan pada percobaan hubungan rangkaian seri malam hari:

P = V x I

1. P = 1.85 x 0.059 3. P = 2.64 x 0.124 5. P = 5.65 x 0.152

P = 0.109 Watt P = 0.328 Watt P = 0.891 Watt

2. P = 2.22 x 0.090 4. P = 4.95 x 0.145

P = 0.199 Watt P = 0.717 Watt

Daya listrik yang dihasilkan pada percobaan hubungan rangkaian seri

diparalel malam hari: P = V x I

1. P = 0.734 x 0.098 3. P = 1.46 x 0.295 5. P = 3.03 x 0.452

P = 0.071 Watt P = 0.427 Watt P = 1.369 Watt

2. P = 1.26 x 0.178 4. P = 2.65 x 0.355

P = 0.220 Watt P = 0.940 Watt

52

Gambar Grafik 4.3 Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Siang Hari

Grafik 4.4 Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Diparalel Siang Hari

0.071

0.147

0.252

0.622

0.82

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

40 50 60 70 80

Wa

tt

Temperatur °C

daya

0.077 0.132

0.304

0.816

1.121

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

40 50 60 70 80

Wa

tt

Temperatur °C

daya

53

Gambar Grafik 4.5 Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Malam Hari

Grafik 4.6 Temperatur Terhadap Output Rangkaian Seri Diparalel Malam Hari

0.109

0.199

0.328

0.717

0.891

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

40 50 60 70 80

Wa

tt

Temperstur °C

Daya

0.071

0.22

0.427

0.94

1.369

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

40 50 60 70 80

Wa

tt

Temperatur °C

Daya

54

Pada penelitian ini juga membahas tentang nilai koefisien dari

thermoelectric yang di gunakan. Untuk mencari tahu seberapa besar tegangan

dapat di bangkitkan oleh alat tersebut,berikut ini nilai perhitungan koefisien yang

telah di lakukan :

Koefisien tegangan rata-rata rangkaian seri pada thermoelectric

S=

=

= 0,1475 ⁄

S=

=

= 0,0942 ⁄

S=

=

= 0,0788 ⁄

S=

=

= 0,1162 ⁄

S=

=

= 0,1104 ⁄

Koefisien tegangan rata-rata rangkain seri lalu di paralel pada thermoelectric

S=

=

= 0,0777 ⁄

S=

=

= 0,0616 ⁄

S=

=

= 0,0467 ⁄

S=

=

= 0,0645 ⁄

S=

=

= 0,0584 ⁄

55

Tabel 4.5 Koefisien Tegangan Rata-rata

No Gradien

Temperatur

(∆T)

Koefisien Tegangan

Rata-rata Rangkaian

Seri (V/°C)

Koefisien Tegangan Rata-

rata Rangkaian Seri Di

Pararel (V/°C)

1 10 0.1475 0.0777

2 20 0.0942 0.0616

3 30 0.0788 0.0467

4 40 0.1162 0.0645

5 50 0.1168 0.0584

Gambar Grafik 4.7 Koefisien Tegangan Rata-rata

Pada grafik 4.7 terlihat bahwa nilai koefisien tertingi adalah 0.1474 V /

°C. artinya setieap ada perbedaan temperatur sebesar 1K, maka akan

menghasilkan nilai tegangan 0.1475.

0.1475

0.0942

0.0788

0.1162 0.1168

0.0777

0.0616

0.0467

0.0645 0.0584

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

10 20 30 40 50

Ko

efis

ien

Teg

an

ga

n V

/°C

Gradien Temperatur ∆T

Koefisien Tegangan Rata-rata Rangkaian Seri (V/K)

Koefisien Tegangan Rata-rata Rangkaian SeriDiparalel

56

BAB 5

KESIMPILAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dimana ukuran heatsink dan coldsink yang di gunakan pada percobaan ini

9.5cm x 10cm 2 buah, 9.5cm x 14cm 2 buah, dengan 8 buah thermoelectric

untuk mengekstrak energi panas menjadi energy listrik.

2. Thermoeletric dapat membangkitkan energi listrik dengan cara mengkonversi

kan dari energi panas air yang di manfaatkan menjadikan energi listrik untuk

keperluan seperti mencas handphone,menghidupkan lapu LED,dll.

3. Pada saat rangkaian berbeda akan terjadi perbedaan output yang dihasilkan

pada rangkaian Seri di paralel menghasilkan daya listrik yang dihasilkan yaitu

sebesar 1.369 Watt saat malam hari, 1.121 Watt saat siang hari. dibandingkan

dengan rangkaian seri mengasilkan daya listrik yang di hasilkan sebesar

0.919Watt saat sing hari, 0.891 Watt saat malam hari.

4. Pengaruh suhu merupakan faktor paling penting dalam hal untuk menghasilkan

energi listrik, semakin besar perbedaan suhu atau gradien (∆T) suhu kedua

sisi elemen thermoelectric, maka akan semakin besar energi yang dapat

dihasilkan.

5. Nilai koefisien tertinggi adalah 0.1475 V / °C, ynag berarti setiap ada

perbedaan suhu 1 derajat kelvin,pada thermoelectric, maka akan terjadi akan

terjadi naik nya tegangan sebesar 0.1475 Volt.

57

5.2 Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan mencari sumber energi panas yang

lebih baik lagi.

2. Diharapkan pada thermoelectric sisi coldsink memberikan suhu lebih rendah

atau mengatur suhu agar stabil, suhu pada kedua sisi elemen thermoelectric

menjadi perbedaan suhu lebih besar sehingga enegi yang dihasil kan lebih baik

dan mengetahui besar output yang di hasilkan.

3. Menggunakan model thermoelectric tipe lain selain TEG -12706, agar

mengetahui energi yang di hasilkan lebih besar

Daftar Pustaka

[1] A. Aulia, D. Darwison, F. Razak, and E. P. Waldi, “Pembangkit Listrik

Pikotermal Matahari, Kajian Awal,” J. Nas. Tek. Elektro, vol. 6, no. 1, pp.

1–6, 2017.

[2] M. Khalid, M. Syukri, and M. Gapy, “Pemanfaatan Energi Panas Sebagai

Pembangkit Listrik Alternatif Berskala Kecil Dengan Menggunakan

Termoelektrik,” vol. 1, no. 3. pp. 57–62, 2016.

[3] J. Khalily, “Pemanfaatan Potensi Sumber Air Alternatif Berbasis Tec (

Thermoelectric Cooler ),” pp. 15–20.

[4] K. Dan et al., “Pengujian Prototipe Generator Termoelektrik Berbahan

Bakar Minyak Jelantah Testing of a Thermoelectric Generator Prototype

Fueled By Used Cooking Oil,” vol. 12, no. 2, pp. 113–122, 2013.

[5] G. Andrapica, R. Iman, and A. Aziz, “PENGUJIAN THERMOELECTRIC

GENERATOR SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK DENGAN SISI

DINGIN MENGGUNAKAN AIR BERTEMPERATUR 10 oC,” vol. 14,

no. September, pp. 45–50, 2015.

[6] M. Program and S. Studi, “PENGARUH HAMBATAN INTERNAL

TERHADAP DAYA OUTPUT ELEMEN TERMOELEKTRIK

GENERATOR TIPE 10W-4V-40s,” vol. 15, no. 1, pp. 0–5, 2018.

[7] H. Rafika, R. I. Mainil, and A. Aziz, “Kaji Eksperimental Pembangkit

Listrik Berbasis Thermoelectric Generator (Teg) Dengan Pendinginan

Menggunakan Udara,” J. Sains dan Teknol., vol. 15, no. 1, pp. 7–11, 2017.

[8] W. Tambunan, L. Umar, and D. Fuji, “Sebagai Generator Termal

Memanfaatkan Energi Panas Terbuang,” pp. 720–726.

[9] T. Teg, S. P. Sa, and D. F. T. Unkris, “Jurnal Ilmiah Elektrokrisna Vol. 6

No.1 Oktober 2017,” vol. 6, no. 1, pp. 33–41, 2017.

[10] A. Muazam, H. Istiqlaliyah, M. Eng, and M. M. Ilham, “Analisa Variasi

Temperatur Dan Jumlah Elemen Peltier Terhadap Output Tegangan TEG

Pada Tungku Peleburan Logam Bekas Dengan Rangkaian Seri Oleh :

Dibimbing oleh : SURAT PERNYATAAN ARTIKEL SKRIPSI TAHUN

2018,” 2018.

[11] A. R. Fajria, B. Priyanto, and I. Pakaya, “Rancang Bangun Penstabil

Tegangan pada Pembangkit Termoelektrik Skala Pico Berbasis Boost

Converter,” vol. 2, no. 2, pp. 117–124, 2017.

[12] M. Latif, N. Hayati, and U. G. S. Dinata, “Potensi Energi Listrik Pada Gas

Buang Sepeda Motor,” J. Rekayasa Elektr., vol. 11, no. 5, p. 163, 2015.

[13] H. Hadiansyah, E. Roza, and R. Rosalina, “Perancangan Pembangkit

Listrik Tenaga Panas pada Knalpot Motor,” Pros. Semin. Nas. Teknoka,

vol. 3, no. 2502, p. 70, 2018.

[14] M. Yusuf, “MEMANFAATKAN LIMBAH PANAS MESIN MOBIL

CITY CAR MENGGUNAKAN MODUL TERMO ELECTRIC COOLER

( TEC ),” pp. 1–6, 2018.

[15] H. P. Yuliza, “Jurnal Teknologi Elektro , Universitas Mercu Buana ISSN :

2086-9479 RANCANG BANGUN KOMPOR LISTRIK DIGITAL IOT

Jurnal Teknologi Elektro , Universitas Mercu Buana ISSN : 2086-9479,”

vol. 7, no. 3, pp. 187–192, 2016.

LAMPIRAN

PEMANFAATAN AIR PANAS SEBAGAI SUMBER ENERGI

LISTRIK MENGGUNAKAN THERMOELECTRIC

Wahyudi 1, Faisal Irsan Pasaribu, S.T,. M.T.

2, Partaonan Harahap, S.T,. M.T.

3

1 Mahasisawa Program Sarjana Fakultas Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sumatra

utara 2,3

Staf Pengajar dan Pembimbing Program Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Sumatra Utara

Email : wahyudi95wijaya@gmail.com

ABSTRAK

Seiring dengan kemajuan jaman semakin banyak berkembang peningkatan

kebutuhan energi listrik membuat semakin di butuhkannya tambahan energi baru yang

ramah lingkungan dan dapat diperbarui. energi thermal merupakan salah satu sumber

energi yang dapat di temui, pemanfaatannya dapat melalui suatu alat yang dapat

mengesktrak panas menjadi energi listrik yaitu dengan thermoelectric cell Keterbatasan

sel termoelektrik. Untuk meningkatkan kinerja dari sel termoelectric baik kemampuan

konversi energi maupun rentang kerja sel tersebut. Peningkatan tesebut dapat dicapai

dengan Multi StageCell yaitu memanfaatkan tumpukan sel termoelektrik untuk dapat

menghasilkan keluaran tegangan dan arus yang lebih tinggi. Penggunaan sel terebut

akan dirangkai dalam beberapa beda temperatur dan susunan rangkaian seri maupun

paralel sehingga dapat diketahui dampak langsungnya melalui tegangan dan arus hasil

keluaran sel. Dari hasil penelitian diketahui bahwa tegangan, arus dan daya yang

tertinggi didapatkan pada rangkaian Seri yang diparalel, gabungan antara rangkaian

seri dan paralel menghasilkan daya listrik yang dihasilkan yaitu sebesar 1.369Watt saat

malam hari, 1.121Watt saat siang hari., dan rangkaian seri mengasilkan daya listrik

yang di hasilkan sebesar 0.820 Watt saat sing hari, 0.891Watt saat malam hari. Dan

tegangan tertinggi yang dihasilkan rangkaian seri 5.4V saat siang hari, 5.65V saat

malam hari, pada rangkainan seri yang dipararel gabungan antara rangkaian seri dan

paralel sel 2.818V saat siang dan 3.03V saat malam arus yang di keluar 0.152A saat di

hubungkan seri, saat rangkaian di hubungkan seri yang dipararel tergabung

menghasilkan 0.398-0.452A. semakin besar perbedaan suhu atau gradien (∆T) suhu

pada kedua sisi elemen thermoelectric, maka akan semakin besar energi yang

dapatdihasilkan.

Kata Kunci : Air Panas,Thermoelectric Generator, Efek seebeck,TEG-12706

1. PENDAHULUAN

Dengan semakin majunya

perkembangan zaman membuat

kebutuhan akan energi listrik kian

meningkat. Berbagai usaha dilakukan

untuk mencari sumber energi listrik

baru, salah satunya dengan pembangkit

energi listrik dengan kapasitas mikro

yang memamfaatkan energi panas.

Pemamfaatan energi panas sebagai

pembangkit energi listrik dengan

kapasitas mikro dapat dilakukan dengan

menggunakan elemen termoelektrik.

Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui karakteristik serta unjuk

kerja dari termoelektrik sebagai

pembangkit energi listrik. Penelitian ini

menggunakan termoelektrik tipe TEC1-

12706. Sumber panas yang dipilih yaitu

sinar matahari dan api. Hasil penelitian

menunjukkan panas dari matahari dan

api dapat menjadi sumber energi listrik

dengan kapasitas mikro yang cukup

potensial.[1]

Pembangkit listrik pikotermal

matahari (PLTPM) merupakan konsep

awal yang masih dalam tahap kajian.

Pengujian dan perhitungan tegangan dan

arus listrik dilakukan terhadap

termoelektrik tunggal, sel termoelektrik

terhubung seri dan sel termoeletrik

terhubung paralel akibat kenaikan suhu

pada sel-sel tersebut. Hasil

memperlihatkan bahwa kenaikan suhu

sebesar 71oC menghasilkan tegangan

keluaran 1 volt dan arus 0.1 Amper.

Sesuai dengan kaedah hubungan seri

dan paralel, hubungan seri mampu

melipat gandakan tegangan keluaran dan

hubungan paralel melipatkan gandakan

arus keluaran untuk tambahan setiap

satu keping sel termoelektrik.[2]

Tujuan Penelitian ini adalah

memanfaatkan energi panas yang ada

pada air untuk dapat di konversikan

menjadi sumber energi listrik

menggunakan thermoelectric.

Dan mengetahui pengaruh perbedaan

suhu terhadap energi listrik yang di

hasilkan pada output thermoelectric.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KonsepThermoelectric

Modul termoelektrik merupakan

sebuah susunan material thermoelectric

yang dapat mengkonversi energi panas

yang melewati modul tersebut menjadi

energi listrik, Modul thermoelectric

yaitu alat yang mengubah energi panas

dari gradien temperatur menjadi energi

listrik atau sebaliknya dari energi listrik

menjadi gradien temperatur. Banyak

pembahasan biasanya berkisar figure–

of– merit atau ZT dari bahan

thermoelectric dan dampak terhadap

efisiensi perubahan panas ke listrik

pada aplikasi thermoelectric generator

atau thermoelectric cooling.

Thermoelectric generator di

awali dari teori fisikawan Jerman

bernama Thomas Johann Seebeck pada

tahun 1826, bahwa dua buah bahan

semikonduktor yang berbeda jenis bila

masing-masing permukaan memiliki

beda (gradien) temperatur maka akan

menghasilkan tegangan. Thermoelectric

generator didasarkan pada efek

Seebeck. Jika panas diterapkan pada

rangkaian di persambungan dari dua

konduktor yang berbeda, arus listrik

akan dihasilkan, Kondisi ini di kenal

dengan efek seebeck dengan rumus.

S = V/ ΔT (1)

Dimana

S = adalah koefisien Seebeck (V/°C),

V = tegangan yang dihasilkan output

peltier (Volt)

ΔT = adalah beda temperatur sisi heat

sink panas dan heat sink

dingin (°C).

2.2 Efek Seebeck

Efek Seebeck adalah perubahan

secara langsung dari perbedaan

temperatur ke listrik dan mengambil

nama fisikawan Jerman–Estonia,

Thomas Johann Seebeck, yang pada

tahun 1821 menemukan bahwa jarum

kompas akan dibelokkan oleh loop

tertutup yang dibentuk oleh gabungan

dua logam di dua tempat, dengan

perbedaan temperature antara

persambungan. Ini disebabkan respon

logam berbeda – beda terhadap

perbedaan temperatur, menimbulkan

loop arus

dan medan magnet. Seebeck

tidak menyadari ada arus maka dia

menyebut fenomena tersebut dengan

efek thermomagnetic. Fisikawan

Denmark, Hans Christian Orsted

memperbaiki kesalahan dan

menciptakan istilah thermoelectric.

Tegangan yang dihasilkan oleh efek

ini dalam orde μV/K.

Gambar 1. Skema efek seebeck

2.3 Spesifikasi

Banyak macam thermoelectric yang

ada dipasaran, namun yang masuk dan

ada di Indonesia tidak begitu banyak.

Salah satu model yang ada dipasaran

seperti gambar berikut

Gambar 1. Efek seebeck

Gambar 2. Thermoelectric di pasaran

Adapaun spesifikasinya seperti berikut :

• Dimentions : 40 x 40 x 3.9mm

• lmax - 7A

• Vmax - 15.4V

• Qcmax - 62.2W

• 1.7 Ohm resistance

• Max Operating Temp: 180°C

• Min Operating Temp: - 50°C

2.4 Bahan Semikonduktor

Bahan semikonduktor sendiri

merupakan elemen dasar dari

komponen elektronika, seperti

transistor, IC serta diode.

Semikonduktor merupakan bahan

dengan konduktivitas listrik yang

berada diantara isolator dan konduktor,

semikonduktor sangatlah penting dalam

dunia elektronika, disebabkan

konduktivitasnya yang dapat diubah-

ubah dengan menyuntikkan materi lain

(biasa disebut dengan dopping).

Semikonduktor sangat luas

pemakainnya, terutama sejak

ditemukannya transistor pada akhir

tahun 1940-an. Oleh karena itu

semikonduktor dipelajari secara intensif

dalam fisika zat padat. Namun dalam

penelitian ini hanya akan membahas

bahan semikonduktor Thermoelectric

(Peltier) saja.

Semikonduktor adalah bahan

pilihan untuk thermoelectric yang

umum dipakai. Bahan semikonduktor

thermoelectric yang paling sering

digunakan saat ini adalah Bismuth

Telluride (Bi2Te3) yang telah diolah

untuk menghasilkan blok atau elemen

yang memiliki karakteristik individu

berbeda yaitu N dan P. Bahan

thermoelectric lainnya termasuk

Timbal Telluride (PbTe), Silicon

Germanium (SiGe) dan Bismuth-

Antimony (SbBi) adalah paduan bahan

yang dapat digunakan dalam situasi

tertentu. Namun, Bismuth Telluride

adalah bahan terbaik dalam hal

pendinginan. Energi panas bisa

dimanfaatkan sehingga bisa lebih

berguna dengan mengkonversi atau

mengubahnya menjadi energy listrik

yang tentunya menngunakan pengubah

atau pengkonversi yang dapat merubah

dari energy panas Energi panas bisa

dimanfaatkan sehingga bisa lebih

berguna dengan mengkonversi atau

mengubahnya menjadi energy listrik

yang tentunya menngunakan pengubah

atau pengkonversi yang dapat merubah

dari energi panas menjadi energi

listrik yang dinamakan generator.

Modul peltier bias dimanfaatkan

sebagai generator panas dengan

mengaplikasikan prinsip efek Seebeck.

Berdasarkan dari prinsip-

prinsip diatas dalam upaya penciptaan

energi terbarukan yang ramah

lingkungan maka perlu diadakannnya

penelitian untuk mengetahui efektifitas

dari modul peltier yang mana

memanfaatkan kedua prinsip diatas,

yaitu efek Seeback dan efek peltier,

yang kedua prinsip tersebut bisa

ditemukan pada bahan semikonduktor

thermoelectric peltier.

2.6 Heatsink

Heatsink ini merupakan logam

dengan design yang khusus terbuat dari

alumuniun dan juga tembaga yang

berfungsi untuk memperluas proses

transfer panas dari sebuah prosesor.

Komponen- komponen cpu yang

biasanya dipakai untuk menyerap panas

ini biasanya terbuat dari bahan

aluminium yang biasanya banyak

dipadukan dengan pemakaian fan pada

heatsink untuk lebih mengoptimalkan

penyerapan panas yaitu dengan

mengalirkan panas dari heatsink ke luar

cpu, proses ini akan menyebabkan

meningkatnya performa kerja

komputer. Heatsink digunakan untuk

membantu meningkatkan pelepasan

kalor pada sisi dingin sehingga

meningkatkan efisiensi dari modul

tersebut. Potensi pembangkitan daya

dari modul thermoelectric tunggal akan

berbeda beda bergantung pada ukuran,

konstruksi dan perbedaan

temperaturnya.

Perbedaan temperatur yang

makin besar antara sisi panas dan sisi

dingin modul heatsink digunakan untuk

menyalurkan/menghantarkan panas ke

permukaan sisi peltier, sehingga panas

yang diperoleh menjadi maksimal dan

juga merata, dan juga heatsink harus

memiliki permukaan yang rata dan

halus, sebab jika permukaan tidak rata

maka suhu yang disalurkan tidak akan

maksimal dan akan berpengaruh pada

daya yang dihasilkan nantinya. Untuk

mendapatkan hasil yang lebih baik lagi,

biasanya heatsink dilapisi oleh pasta

thermal, ini dilakukan agar suhu yang

dikirimkan menjadi lebih maksimal

dan efisien. Heatsink bisa kita dapatkan

di toko-toko elektronik, biasanya dijual

di toko onlinedengan harga yang

bervariasi, tergantung dari ukuran dan

juga kualitas heatsink tersebut.

Gambar 3. Heatsink

2.6.1 Coldsink

Coldsink merupakan benda yang

digunakan untuk mengurangi suhu

panas pada satu peralatan elektronik,

umumnya ini digunakan pada IC, CPU

dan juga peltier. Coldsink ini fungsinya

hampir sama dengan heatsink, yaitu

sama-sama menyerap suhu, bedanya

adalah jika heatsink digunakan untuk

menyalurkan.

Panas ke peltier, namun

coldsink digunakan untuk menurunkan

atau bahkan menghilangkan suhu panas

pada peltier. Hal ini dilakukan agar

perbedaan suhu yang terjadi pada peltier

tetap terjaga, agar energi listrik yang

dihasilkan menjadi lebih optimal dan

peltier tidak overheat, karena jika peltier

terlalu panas akan menyebabkan

kerusakan yang fatal, sehingga peltier

tidak dapat digunakan kembali. Dalam

penggunaannya, coldsink terkadang

diberi tambahan berupa fan untuk

memaksimalkan kinerja dari coldsink itu

sendiri. Pada penggunaannya di

penelitian ini coldsink juga diberikan

pasta termal, tetap berbeda dengan

dengan heatsink, disini coldsink

menggunakan pasta termal yang

mampu mengurangi suhu panas dari

peltier.

Gambar 4. Coldsink

2.7 Panas

Panas merupakan suatu bentuk energi.

Panas memiliki kaitan erat dengan

getaran atau gerakan molekul. Molekul

adalah bagian atau partikel dari suatu

benda. Apabila benda dipanaskan

molekul akan

bergerak cepat sedangkan apabila

didinginkan molekul akan bergerak

lemah. Perpindahan panas terjadi

karena perbedaan suhu yang terdapat

pada suatu benda.Jika panas diambil

dari suatu benda maka temperatur benda

itu akan turun. Makin banyak panas

yang diambil temperatur benda menjadi

makin rendah, tetapi setelah mencapai -

273 oC maka panas itu tidak dapat lagi

dikeluarkan dengan perkataan lain

temperatur tersebut adalah yang

terendah yang tidak dapat dicapai

dengan cara apapun.

2.8 Rangkaian Seri

Pada dasarnya, Baterai dapat

dirangkai secara Seri maupun Paralel.

Tetapi hasil Output dari kedua

Rangkaian tersebut akan berbeda.

Rangkaian Seri Baterai akan

meningkatkan Tegangan (Voltage)

Output Baterai sedangkan Current/Arus

Listriknya (Ampere) akan tetap sama.

Hal ini Berbeda dengan Rangkaian

Paralel Baterai yang akan meningkatkan

Current/Arus Listrik (Ampere) tetapi

Tegangan (Voltage) Outputnya akan

tetap sama.

VT = V1 + V2 +...+Vn (2)

2.8.1 Rangkaian Paralel

Berbeda dengan rangkaian seri yang

disusun secara sejajar atau berurutan,

pada rangkaian parallel ini rangkaian

tidak disusun secara sejajar. Dengan

kata lain pada input setiap komponen

semuanya berasal dari sumber yang

sama. Salah satu contoh dari rangkaian

parallel ini yaitu lampu lalu lintas.

Itotal = I1+I2+...+In (3)

2.8.2 Tenaga Listrik

Tenaga listrik atau daya listrik

didefinisikan sebagai laju hantaran

energi listrik dalam rangkaian listrik.

Satuan SI daya listrik adalah watt yang

menyatakan banyaknya tenaga listrik

yang mengalir per satuan waktu. Arus

listrik yang mengalir dalam rangkaian

dengan hambatan listrik menimbulkan

kerja.

Rumus umum yang digunakan

untuk menghitung Daya Listrik dalam

sebuah Rangkaian Listrik adalah sebagai

berikut:

P = V x I (4)

III. METODOLOGI PENELITIAN

Dalam pembuatan alat

pemanfaatan air panas sebagai sumber

energy listrik mengunakan

thermoelectric, bahan dan peralatan

yang digunakan adalah.

a). Bahan

1. Delapan buah thermoelectric TEG-

12706

2. Heatsink ukuran 9.5cm x 10cm 2

buah

3. Coldsink ukuran 9.5cm x 14cm 2

buah

4. Terminal kabel

5. Delapan baut , delapan mur dan ring

7. Lem dextone

b). Peralatan

1. Tang potong, kombinasi

2. Obeng + -

3. Multimeter Digital

4. Thermometer

5. Boost converter

6. Lampu Led 5Vdc

3.6 Proses Uji Kinerja

Dalam penelitian ini pengujian

di bagi dalam beberapa bagian metode

dan juga waktu berbeda, ada beberapa

metode yang harus di perhatikan saat

melakukan pengujian alat, hal ini

dilakukan mengetahui metode mana

yang paling baik untuk mendapat kan

hasil yang paling optimal dalam

menghasilkan energy listrik.

1. Pengujian dilakukan dengan variasi

rangkain yaitu rangkaian seri dan

seri diparalelkan

2. Pengujian dilakukan saat siang hari

dan malam

3. Pengujian di lakukan dengan variasi

temperatur suhu 50°C, 60°C, 70°C,

80°C, pada sisi heatsink dan suhu

coldsink yang bertemperatur

lingkungan

3.7 Diagram blok

Pada saat suhu air di naikan atau

dipanaskan maka akan menghasilkan

energy panas pada air, suhu panas pada

lingkungan air kan mengirimkan panas

ke heatsink secara konduksi yang akan

membuat heatsink mengalami

perubahan suhu / kenaikan suhu setelah

heatsink menjadi panas, saat sisi peltier

yang menempel pada heatsink akan

mengalami perubahan suhu yaitu

menjadi panas saat sisi peltier

mengalami perubahan temperature suhu

maka akan menghasilkan output

tegangan maupun arus listrik,

namun output yang di hasilkan tidak

akan maksimal karena hanya ada sedikit

gradient suhu yang terjadi pada peltier,

maka untuk itu di pada sisi peltier

lainnya memasang coldsink untuk

mendinginkan sisi pada peltier agar

terjadi perbedaan temperature suhu pada

kedua sisi peltier agar gradient

temperature yang di hasilkan menjadi

besar, agar sisi peltier menjadi dingin,

sehingga output yang dihasilkan akan

maksimal, sehingga boost converter

yang di pasang pada output peltier akan

menaikan tegangan yang di gunakan

untuk pada beban baik lampu led,

charger handphone.

3.8 Diagram Alir

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian ini di lakukan menggunakan 8

buah elemen peltier yang dirangkai

secara seri dan seri pararel. dan

menggukan heatsink ukuran 9.5cm x

10cm 2 buah, coldsink ukuran 9.5cm x

14cm 2 buah, Pengujian ini dilakukan

dalam 2 waktu, yaitu pengujian pada

siang hari dan pada malam hari. Dimana

temperature coldsink yang digunakan

30°C dan waktu yang digunakan selama

10 detik.

Gambar Grafik 4.1 Tegangan Rata-rata

Rangkaian Peltier Seri Dan Seri

Diparalel

Pada grafik 4.1 terlihat bahwa

tegangan rangkaian seri lebih tinggi di

banding yang dengan yang lainnya, hal

ini dikarenakan rangkaian seri membuat

tegangan menjadi meningkat dengan

menyerikan 8 delapan buah peltier tetapi

pada rangkaian seri daya yang di

keluarkan tidak sebesar rangkaian di seri

lalu paralel. Sedangkan tegangan

rangkaian seri peltier yang di paralel

tegangan yang di hasil kan redah namun

daya output lebih besar dari rangkian

seri.

Gambar Grafik 4.2 Arus Rata-rata

Rangkaian Peltier Seri Dan Seri

Diparalel

Pada grafik 4.2 arus rata-rata

rangakaian seri terlihat sangat rendah

pada rangkaian seri arus tidak walaupun

sumber daya nya banyak, untuk arus

rata-rata rangkaian seri diparalel terlihat

cukup tinggi, disebabkan rangkaian

yang di pararelkan semakin bertambah

arus listriknya seiring banyaknya

ditambah sumber daya yang akan

dihasilkan.

Gambar Grafik 4.7 Koefisien Tegangan

Rata-rata

Pada grafik 4.7 terlihat bahwa

nilai koefisien tertingi adalah 0.1474 V

/ °C. artinya setieap ada perbedaan

temperatur sebesar 1K, maka akan

menghasilkan nilai tegangan 0.1475.

Kesimpulan

1. Dimana ukuran heatsink dan coldsink

yang di gunakan pada percobaan ini

9.5cm x 10cm 2 buah, 9.5cm x 14cm

2 buah, dengan 8 buah thermoelectric

untuk mengekstrak energi panas

menjadi energy listrik.

2. Thermoeletric dapat membangkitkan

energi listrik dengan cara

mengkonversi kan dari energi panas

air yang di manfaatkan menjadikan

energi listrik untuk keperluan seperti

mencas handphone,menghidupkan

lapu LED,dll.

3. Pada saat rangkaian berbeda akan

terjadi perbedaan output yang

dihasilkan pada rangkaian Seri di

paralel menghasilkan daya listrik

yang dihasilkan yaitu sebesar 1.369

Watt saat malam hari, 1.121 Watt

saat siang hari. dibandingkan dengan

rangkaian seri mengasilkan daya

listrik yang di hasilkan sebesar 0.820

Watt saat sing hari, 0.891 Watt saat

malam hari.

4. Pengaruh suhu merupakan faktor

paling penting dalam hal untuk

menghasilkan energi listrik, semakin

besar perbedaan suhu atau gradien

(∆T) suhu kedua sisi elemen

thermoelectric, maka akan semakin

besar energi yang dapat dihasilkan.

5. Nilai koefisien tertinggi adalah

0.1475 V / °C, ynag berarti setiap ada

perbedaan suhu 1 derajat kelvin,pada

thermoelectric, maka akan terjadi

akan terjadi naik nya tegangan

sebesar 0.1475 Volt.

Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya

diharapkan mencari sumber energi

panas yang lebih baik lagi.

2. Diharapkan pada thermoelectric sisi

coldsink memberikan suhu lebih

rendah atau mengatur suhu agar

stabil, suhu pada kedua sisi elemen

thermoelectric menjadi perbedaan

suhu lebih besar sehingga enegi yang

dihasil kan lebih baik

dan mengetahui besar output yang di

hasilkan.

3. Menggunakan model thermoelectric

tipe lain selain TEG -12706, agar

mengetahui energi yang di hasilkan

lebih besar

Daftar Pustaka

[1] A. Aulia, D. Darwison, F. Razak,

and E. P. Waldi, “Pembangkit

Listrik Pikotermal Matahari,

Kajian Awal,” J. Nas. Tek.

Elektro, vol. 6, no. 1, pp. 1–6,

2017.

[2] M. Khalid, M. Syukri, and M.

Gapy, “Pemanfaatan Energi

Panas Sebagai Pembangkit

Listrik Alternatif Berskala Kecil

Dengan Menggunakan

Termoelektrik,” vol. 1, no. 3. pp.

57–62, 2016.

[3] J. Khalily, “Pemanfaatan Potensi

Sumber Air Alternatif Berbasis

Tec ( Thermoelectric Cooler ),”

pp. 15–20.

[4] K. Dan et al., “Pengujian

Prototipe Generator

Termoelektrik Berbahan Bakar

Minyak Jelantah Testing of a

Thermoelectric Generator

Prototype Fueled By Used

Cooking Oil,” vol. 12, no. 2, pp.

113–122, 2013.

[5] G. Andrapica, R. Iman, and A.

Aziz, “PENGUJIAN

THERMOELECTRIC

GENERATOR SEBAGAI

PEMBANGKIT LISTRIK

DENGAN SISI DINGIN

MENGGUNAKAN AIR

BERTEMPERATUR 10 oC,”

vol. 14, no. September, pp. 45–

50, 2015.

[6] M. Program and S. Studi,

“PENGARUH HAMBATAN

INTERNAL TERHADAP

DAYA OUTPUT ELEMEN

TERMOELEKTRIK

GENERATOR TIPE 10W-4V-

40s,” vol. 15, no. 1, pp. 0–5,

2018.

[7] H. Rafika, R. I. Mainil, and A.

Aziz, “Kaji Eksperimental

Pembangkit Listrik Berbasis

Thermoelectric Generator (Teg)

Dengan Pendinginan

Menggunakan Udara,” J. Sains

dan Teknol., vol. 15, no. 1, pp.

7–11, 2017.

[8] W. Tambunan, L. Umar, and D.

Fuji, “Sebagai Generator Termal

Memanfaatkan Energi Panas

Terbuang,” pp. 720–726.

[9] T. Teg, S. P. Sa, and D. F. T.

Unkris, “Jurnal Ilmiah

Elektrokrisna Vol. 6 No.1

Oktober 2017,” vol. 6, no. 1, pp.

33–41, 2017.

[10] A. Muazam, H. Istiqlaliyah, M.

Eng, and M. M. Ilham, “Analisa

Variasi Temperatur Dan Jumlah

Elemen Peltier Terhadap Output

Tegangan TEG Pada Tungku

Peleburan Logam Bekas Dengan

Rangkaian Seri Oleh : Dibimbing

oleh : SURAT PERNYATAAN

ARTIKEL SKRIPSI TAHUN

2018,” 2018.

[11] A. R. Fajria, B. Priyanto, and I.

Pakaya, “Rancang Bangun

Penstabil Tegangan pada

Pembangkit Termoelektrik Skala

Pico Berbasis Boost Converter,”

vol. 2, no. 2, pp. 117–124, 2017.

[12] M. Latif, N. Hayati, and U. G. S.

Dinata, “Potensi Energi Listrik

Pada Gas Buang Sepeda Motor,”

J. Rekayasa Elektr., vol. 11, no.

5, p. 163, 2015.

[13] H. Hadiansyah, E. Roza, and R.

Rosalina, “Perancangan

Pembangkit Listrik Tenaga Panas

pada Knalpot Motor,” Pros.

Semin. Nas. Teknoka, vol. 3, no.

2502, p. 70, 2018.

[14] M. Yusuf, “MEMANFAATKAN

LIMBAH PANAS MESIN

MOBIL CITY CAR

MENGGUNAKAN MODUL

TERMO ELECTRIC COOLER (

TEC ),” pp. 1–6, 2018.

[15] H. P. Yuliza, “Jurnal Teknologi

Elektro , Universitas Mercu

Buana ISSN : 2086-9479

RANCANG BANGUN

KOMPOR LISTRIK DIGITAL

IOT Jurnal Teknologi Elektro ,

Universitas Mercu Buana ISSN :

2086-9479,” vol. 7, no. 3, pp.

187–192, 2016.

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Nama : Wahyudi

Tempat & Tanggal Lahir : Medan 26 Desember 1995

Jenis Kelamin : Laki-laki

Agama : Islam

Status : Belum Kawin

Alamat : jl.Baut Psr 11 Link 2 Kel.

Tanah Enem Ratus Medan

Marelan

No. Telp/HP : 082274114368

Email :wahyudi95wijaya@gmail.com

PENDIDIKAN FORMAL

Tahun 2014-2019 : Universitas Muhammadiyah

Sumatra Utara

Tahun 2011-2014 : SMK SWASTA SINAR HUSNI

Tahun 2009-2011 : SMP SWASTA BINA SATRIA

Tahun 2002-2009 : SDN 067249